Unveiling the potential of nuclear power in Italy's decarbonization through energy-system modeling

This study assesses the potential contribution of nuclear power to Italy's clean energy transition within the context of the European Green Deal and FitFor55 package. The objective is to provide a qualitative analysis, considering the current lack of an impact assessment tailored to the country in the literature. The analysis is based on an energy-system optimization model, which is used to find the optimal mix of technologies suitable to minimize the total discounted cost of the system, while meeting a certain demand. Nuclear power has been recognized as a technology that can play a crucial role in a decarbonization scenario, given its low lifecycle emissions and capital-intensive nature. In Italy, existing plants were shut down in the 80s, following a referendum held after the Černobyl accident. In the following decades, the possibility of reintroducing this technology has been warmly debated, and encountered a strong popular opposition. To perform the analysis, the adopted time resolution is hourly, to better include renewables availability, together with a long-term forecast lasting between 2021 and 2050. Four scenarios have been implemented. First of all, a stated policies scenario investigates the evolution of the power system resulting from the policies currently in force, taking as a main reference the Integrated National Plan for Energy and Climate. Afterwards, a dedicated scenario includes the emission targets set to reach a carbon-neutral system in 2050. Both of them are compared with a correspondent scenario including nuclear power. Results indicate challenges in achieving 2030 RES targets under budget constraints, leading to natural gas reliance. The introduction of nuclear power aids decarbonization of the power sector by 2040, offering cost-effective solutions. The NetZero scenario emphasizes the use of renewables and energy storage, with higher investment costs, but also large fuel savings, which allow for a lower net present cost than stated policies. A power sector not including nuclear power turned out to never guarantee the cost-effectiveness of electrolyzers for hydrogen production. Future work may extend the model to regional analyses within the country and incorporate Input-Output models for a broader economic perspective.

Questo studio valuta il potenziale contributo dell'energia nucleare alla transizione energetica italiana, nel contesto del Green Deal europeo e del pacchetto FitFor55. L'obiettivo è fornire un'analisi qualitativa, considerando l'attuale assenza in letteratura di una valutazione specificamente adattata al paese, basandosi su un modello energetico di ottimizzazione, utilizzato per trovare il mix ottimale di tecnologie idonee a minimizzare il costo totale attualizzato del sistema. Il ruolo del nucleare in uno scenario di decarbonizzazione è noto, date le sue basse emissione di ciclo di vita e la natura intensiva in termini di capitale. In Italia, le centrali esistenti furono chiuse negli anni '80, dopo un referendum tenutosi in seguito all'incidente di Černobyl. Nei decenni successivi, la possibilità di reintrodurre questa tecnologia è stata ampiamente dibattuta e ha incontrato una forte opposizione popolare. La risoluzione temporale adottata nell'analisi è oraria, per includere al meglio la disponibilità delle energie rinnovabili, insieme a una previsione di lungo termine, dal 2021 al 2050. Stated Policies è il primo dei quattro scenari implementati ed indaga sull'evoluzione del sistema energetico risultante dalle politiche attualmente in vigore, prendendo come principale riferimento il Piano Nazionale Integrato per l'Energia e il Clima. Successivamente, uno scenario dedicato include gli obiettivi di emissione stabiliti per raggiungere un sistema a zero emissioni nette nel 2050. Entrambi sono confrontati con un corrispondente scenario che include l'energia nucleare. I risultati indicano una difficoltà nel raggiungere gli obiettivi su energie rinnovabili al 2030 sotto vincoli di bilancio, portando a una dipendenza dal gas naturale. L'introduzione del nucleare facilita la decarbonizzazione del settore elettrico entro il 2040, garantendo vantaggi economici. Lo scenario NetZero enfatizza l'uso delle energie rinnovabili e batterie, con costi di investimento più elevati, ma anche ampi risparmi sui combustibili, consentendo un costo netto attualizzato inferiore rispetto allo Stated Policies. In assenza di energia nucleare, la convenienza economica di elettrolizzatori per la produzione di idrogeno non viene mai riscontrata. Studi futuri potrebbero estendere il modello ad analisi regionali all'interno del paese e incorporare modelli Input-Output per una prospettiva economica più ampia.