Sustainability of Wind Energy in Italy: Life Cycle Assessment of the Iurefalco Wind Farm

The present study is devoted to the evaluation of the environmental sustainability of an onshore Italian wind farm featuring 6 G114 – 2.5 MW wind turbines, with a focus on its effects towards the global energy balance and carbon footprint. The analysis was conducted by applying the LCA methodology “from-cradle-to-grave” according to the ISO 14040 and 14044 regulating frameworks. The goal of the assessment is outlining the eco-profile of the generation of 1 GWh of electricity. The interpretation of the results allowed to emphasize the most critical stages of the system’s lifecycle, as well as the evaluation of the environmental performance expressed through the Energy Payback Time (EPBT) and Carbon Payback Time (CPBT) indexes. As expected, the raw materials acquisition phase turned out to determine the highest fraction of the impacts, accounting for 69% of the lifecycle primary energy consumption and 72% of the damage generated by the greenhouse gas emissions. Wind turbines represented the major contributors, mostly due to the large amount of steel required for the construction of the tower and the energy-intensive composite for the blades. The EPBT of the system was found equal to 1.52 years, while its CPBT to 0.86 years. Compared to the reviewed studies, these values resulted to be above average. This outcome was justified as consequence of the lower wind resource characterizing the site and the use of different methodological approaches, especially related to the end-of-life modeling. Moreover, the availability of primary data concerning the plant’s civil works granted an in-depth evaluation of the impacts associated to many processes typically neglected. Further considerations have been made by assessing the sensitivity of the most uncertain parameters of the system. Specifically, it was demonstrated that the system’s useful life and capacity factor can significantly influence the environmental performance of the system, while the turbines’ reliability determines a more limited effect.

Il presente studio è volto alla valutazione della sostenibilità ambientale di un impianto eolico onshore italiano costituito da 6 turbine modello G114 – 2.5 MW, focalizzando l’attenzione sui suoi effetti verso il bilancio energetico globale e l’impronta carbonica. L’analisi è stata svolta mediante l’applicazione della metodologia LCA “dalla culla alla tomba” nel rispetto delle norme ISO 14040 e 14044. L’obiettivo del lavoro è definire l’eco-profilo per la generazione di 1 GWh di elettricità. L’interpretazione dei risultati ha permesso di evidenziare le fasi più critiche del ciclo di vita del sistema e la valutazione delle performance ambientali tramite l’uso degli indici di payback relativi all’energia primaria investita ed i gas serra emessi. Come atteso, la fase di acquisizione delle materie prime ha dimostrato determinare la maggiore frazione degli impatti, pari al 69% dell’energia primaria complessivamente impiegata nel ciclo di vita ed il 72% del danno generato dalle emissioni di gas serra. I maggiori contributori sono le turbine, in larga parte a causa dell’ingente quantità di acciaio richiesta per la costruzione della torre e del materiale composito per la costruzione delle pale. L’indice di payback sull’energia investita è risultato pari a 1.52 anni, mentre quello sulle emissioni pari a 0.86 anni. Confrontando tali valori con la letteratura, essi si sono rivelati essere al di sopra della media. Tale esito è stato giustificato come conseguenza della più bassa risorsa ventosa riguardante il sito e l’utilizzo di differenti approcci metodologici, in particolare la modellizzazione del fine vita. Inoltre, la disponibilità di dati primari inerenti ai lavori civili eseguiti durante la costruzione dell’impianto ha consentito una valutazione approfondita degli impatti relativi a diversi processi solitamente trascurati. Ulteriori considerazioni sono state effettuate mediante l’analisi della sensibilità dei parametri più incerti del sistema. Nel dettaglio, è stato dimostrato che la vita utile dell’impianto e il suo capacity factor possono influenzare notevolmente le performance ambientali del sistema, mentre l’affidabilità delle turbine gioca un ruolo minore.