Valutazione tecnico-economica sull’applicazione delle tecnologie CCS (Carbon Capture and Storage) ad impianti termoelettrici a carbone

Energy scenarios developed by many international institutes (primary the Intenational Energy Acency) underline the importance of CCS as an option for reducing greenhouse gas emissions and stabilizing their atmospheric concentrations. The application of Carbon Capture and Storage to power plants and other heavy industrial activities can potentially contribute to about 19 % in CO2 emissions reduction by 2050 and could also provide a mean to help mitigate global warming. Fossil fuels are expected to play a large part of the energy mix over coming decades, so CCS technologies are considered to have the potential of provide greater energy security, improving the environmental impact and meeting world’s broader energy needs. CCS is in a relatively early phase of development, not yet demonstrated on commercial scale, and, despite his CO2 reduction potential, there is much uncertainty regarding the costs and risks. The comparison of the cost data produced in this study with other recently published studies is not straightforward. When comparing the cost, attention has to be paid to the reference conditions/boundary conditions because of their frequent differences among studies. Assumptions on the level of plant integration, reference year, power plant location, CO2 conditions, etc.. can have a significant impact on the result even though the fundamental data are similar. Without knowledge of the boundary conditions employed in other studies, cost comparisons are meaningless. The most common method to estimate the cost of carbon sequestration in power plants is the so-called plant-level approach, where the cost of electricity for a plant without carbon sequestration is compared with the cost of electricity for a plant with carbon capture. Despite its shortcomings, the plant-level approach is widely used by most of the research organizations as it can provide an indication of the increase in costs associated with the deployment f carbon sequestration technologies. Another way of presenting the economics of carbon sequestration is to calculate the mitigation cost, in €/t CO2 avoided. The cost of electricity and mitigation depend on a number of factors and assumptions. Since there is not an established framework for such tecnoeconomic assessment, the uncertainty and variability of the factors introduce a level of global uncertainty that can be quantified using a probabilistic analysis that incorporate the estimations of uncertainties into the model variables. To account for parameter uncertainties regarding the economics and, hence, the competitiveness of the CCS technology, we perform a simple Monte Carlo simulation. This analysis involves random sampling from distributions of the 15 selected parameters and successive runs of the original model. To obtain a good approximation of the output distribution, we run the model for 500 samples. In this model, input data are presented with some statistical distribution rather than fixed mean values and since we have information only on the range of possible values, but not on their distribution, we draw from a uniform distribution. If components are statistically independent, system states are determined by sampling from probability functions of each component. The method is very versatile as it is possible to consider different types of probability distributions and it is easier to represent the random behavior of loads.

L’applicazione della cattura della CO2 ad impianti di produzione elettrica rappresenta un processo emergente che, come tutti i sistemi non ancora tecnologicamente e commercialmente maturi, presenta numerose incertezze sia dal punto di vista tecnico sia dal punto di vista economico. Una condizione, questa, accentuata dalla recente crisi finanziaria che ha colpito tutti i Paesi. Gli scenari energetici elaborati negli ultimi anni hanno evidenziato il ruolo importante delle tecnologie CCS nella riduzione delle emissioni di CO2 e, quindi, nel processo di mitigazione dei cambiamenti climatici. Nel report “Energy Technology Perspectives” del 2010 l’IEA prevede che entro il 2050 circa il 10 % di riduzione delle emissioni di anidride carbonica sarà dovuto all’introduzione delle CCS nel settore della power generation. Questa analisi si pone l’obiettivo di illustrare i costi associati all’applicazione di tali tecnologie ad impianti termoelettrici a carbone, con riferimento alle metodologie proposte dai principali Istituti internazionali che hanno pubblicato nell’ultimo triennio dati di costo e performance operative. In particolare è stato effettuato un confronto tra impianti Ultra Super Critici ed impianti di gassificazione integrata sotto opportune condizioni al contorno, utilizzando come parametri di valutazione il costo dell’elettricità e il costo della CO2 evitata. I costi presentati in questo studio hanno una natura “generica” e non rappresentano i costi di progetti specifici che possono variare notevolmente in base a fattori site-specific come, per esempio, la presenza di particolari forme di regolamentazione ambientale, presenza di un mercato delle emissioni, incentivi finanziari e livello di rischio, ecc…Il capitolo 6, infine, propone una metodologia di valutazione dei costi di cattura della CO2 prendendo come input alcuni dati estrapolati dalle Organizzazioni sopracitate e facendo alcune considerazioni relative ai vincoli normativi che si prevede possano entrare in vigore. Viene inoltre effettuata un’analisi probabilistica ricorrendo al cosiddetto metodo di Monte Carlo che consente di associare ad ogni parametro in input del modello adottato non un valore deterministico ben preciso bensì una opportuna distribuzione di probabilità. In questo modo, risulta possibile caratterizzare l’incertezza e la variabilità legata ai parametri in output considerati (COE e MC).