Presentazione seminario STREAM · 2012-04-12 · un classico esempio riguarda gli scenari a...

Seminario

Lo sviluppo di scenari energetici

metodologie, definizioni ed esempi

Pavia,12 Aprile 2012

Ing. Sara Moro

Premesse

INQUADRAMENTO GENERALE

OVERVIEW DEL PROGETTO BSR

PIANIFICAZIONE ATTRAVERSO SCENARI ED

OBIETTIVI DI ANALISI

TIPOLOGIE DI SCENARI ENERGETICI

TECNICHE DI GENERAZIONE

APPROCCIO METODOLOGICO SEGUITO SUL

PROGETTO BSR

ALTRO ESEMPIO

LIMITAZIONI E SVILUPPI FUTURI

2

Overview generale

La scena energetica mondiale è in rapida

evoluzione

Forti decisioni, target e priorità

3

Security of supply Climate changes

Crisi vs

Crescita

economica

Paesi in via di

sviluppo vs paesi

industrializzati

Parco tecnologico

in attuale offerta

Sviluppo nuove

tecnologie di

generazione Bilancio

costi/benefici

Pesi ai parametri

ambientali e

inquinamento

Architettura e

sviluppo della rete

Potenziale indoor,

riserve e risorse

Efficienza energetica

Interconnessioni e

capacità di regolazione e

stoccaggio

Modifiche strutturali

nella domanda Sistemi di

incentivazione Emissioni CO2

Investimenti e

rendimenti

economici Smart grid

Sviluppo sostenibile

Responsabilità

4

Overview generale

targets in norme mondiali,

comunitarie e locali anche in

contrasto con i trends storici

capacità di imporre direttive alla

comunità

potenziale tecnico di sviluppo e

fornitura di infrastrutture

all‟avanguardia per il miglioramento

delle performance di affidabilità di

offerta energetica

possibilità di miglioramento nella

gestione ed ottimizzazione della

domanda

Politica

Tecnico-economica

“Planning is the design of a desired future

and of effective ways of bringing it about”

Russell L. Ackoff

NECESSITA’ DI

PIANIFICAZIONE

ENERGETICA

STRUTTURATA

Cornice del progetto BSR

RISOE DTU – Dipartimento di analisi dei sistemi

energetici

EA ENERGY ANALYSES - Società di consulenza

energetica Copenaghen

Ambito

BALTIC DEVELOPMENT FORUM – European Union

Altri attori (Parlamento danese, Baltic Sea Parlamentay

Committee, BASREC - Baltic Sea Region Energy Co-

operation, università ed istituti di ricerca, ecc.)

5

http://www.bdforum.org/

Obiettivi in BSR Inizio

La Baltic Sea Region appare un‟area di potenziale sviluppo economico e potrebbe divenire un esempio operativo di cooperazione dinamica da seguire per l‟intera Europa

Punto di partenza di EU BSR strategy (14 Dicembre 2007, conclusioni del meeting del Consiglio Europea a Brussels)

“Without prejudice to the integrated maritime policy, the European Council invites the Commission to present an EU strategy for the Baltic Sea at latest by June 2009. This strategy should inter alia help to address the urgent environmental challenges related to the Baltic Sea. The Northern Dimension framework provides the basis for the external aspects of cooperation in the Baltic Sea Region”

European Union, also for the Baltic Region, has defined, in “The European Green Paper: European strategy for sustainable, competitive and secure energy”, three main energy aspects that have to be focused on for the future development: sustainable growth, competitiveness and security of supply.

Baltic Interconnection plan (Commissione Europea)

“the efficient development of the market as well as the contribution of energy efficiency and renewable to increased security of supply will need to be duly taken into account in developing the Plan”.

..........

Sviluppo attuale

April 10, 2012 Looking forward to the Baltic Sea Days in Berlin 23 – 25 April

Pubblicazioni ed altri eventi in programma

6

Obiettivo dell‟analisi BSR

7

- Come il sistema energetico del Baltico potrebbe svilupparsi per allonare

la possibile crisi energetica dovuta alla mancanza e l‟attesa ascesa dei

prezzi dei combustibili fossili nei prossimi 20 anni

- Tracciare nuove strade per raggiungere ambiziosi target in termini di

riduzioni di consumo di combustibili fossili e delle emissioni di gas serra

Pianificazione attraverso SCENARI

• COSA SONO

• COME SI CLASSIFICANO

• A QUALE FINE SI UTILIZZANO

• CHE TECNICHE SI USANO PER LA

GENERAZIONE

• METODOLOGIA ADOTTATA IN SCENARI

PROPOSTI

8

Pianificazione attraverso SCENARI “IMMAGINI”

◦ La principale ragione nell‟uso degli scenari energetici potrebbe essere l‟abilità di tali strumenti di fornire immagini dei futuri sviluppi energetici in relazione ad una multitudine di situazioni, parametri e possibili scelte politiche

METODO e USO

◦ Gli approcci metodologici e gli strumenti di modellazione utilizzati possono essere molti anche in relazione ad obiettivi specifici che le società energetiche, i governi o altre autorità coinvolte in tale contesto intendono raggiungere

◦ La scelta di analisi attraverso scenari consente di mostrare in modo semplice come delle situazioni future possono evolversi e differire sispetto al sistema energetico attuale e come queste possono essere raggiunte compatibilmente alle logiche e strutturazione tecnica del sistema e soprattutto in modo trasparente

◦ E‟ necessario adeguarsi ai cambiamenti in corso con la visione ed analisi di differenti plausibili futuri che devono essere valutati in relazione ai contesti e sviluppi economici, tecnologici ed ambientali

◦ Gli scenari energetici possono essere strumento di supporto per pervenire a possibili decisioni guardando al futuro all‟interno di una società complessa ed in rapido cabiamento com‟è quella attuale

9


Gli scenari possono aiutare ad “illuminare le scelte del presente nella luce di possibili futuri” [Godet and Roubelat, 1996]

Scenario è “una descrizione di una situazione futura e del corso di eventi che permette di portarci dalla situazione originaria a quella futura” [Godet and Roubelat, 1996]

Scenari sono “ipotetiche sequenze di eventi, costruite al fine di focalizzare l‟attenzione su processi casuali e punti di decisione” [Kanh and Wiener, 1967]

Gli scenari possono essere considerati “descrizioni di immagini alternative del futuro, create da mappe o modelli che riflettono differenti prospettive sugli sviluppi passati, presenti e sullo sviluppo futuro” [Rotmans et al., 2000 ]

“Il concetto di scenario ricopre gli approcci previsionali con sensitivity test ” [Börjeson et al., 2006]

Gli scenari constano di “ driving forces, eventi e azioni che guidano alle condizioni future” [Rotmans et al., 2000 ]

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Definizioni


Origine e sviluppo del termine “scenario”:

nato nel linguaggio teatrale

usato nella II Guerra Mondiale per le strategie militari

introdotto negli anni „60 in business comunity come strumento manageriale ed organizzativo

a seguire utilizzato per le analisi decisionali e strategiche relative a principali compagnie del settore energetico

◦ Es. caso Shell (anni „70) i cui managers considerarono che l‟utilizzo di scenari produceva un “substantial positive influence on the company‟s creativity in finding new business areas leading to greater financial success” [de Geus, 1998; Schwartz, 1998; van der Heiden, 1996; Wack, 1985a, 1985b]

utilizzato anche da governi, ricercatori ed organizzazioni mondiali

◦ Es. Caso IPPC (Intergovernmental Panel on Climate Change) per lo sviluppo nel „92 di un set di “Greenhouse Gas Emissions Scenarios” definiti come ““projections of the future state of the society and environment based on specific assumptions about key determinants such as population, economic growth, technological change or environmental polities” [Alcamo et al., 1995]

11


12

Lo scopo non è di predirre il futuro e dare

“provate” future realtà, ma:

1. mostrare come ipotetici futuri potrebbero

apparire seguendo diverse direzioni

2. indicare percorsi dinamici e non descrizioni

statiche di eventi

3. aiutare a perseguire reali opportunità di

cambiamento

4 prerequisiti degli scenari: “rilevanza, coerenza,

probabilità e trasparenza” [Godet and Rubelat, 1996]


13

Energy scenarios examine a range of possible outcomes that are grounded within system

dynamics of the energy system. Combining stories and models, scenarios qualitatively

explore diverse contexts and quantitatively evaluate potential outcomes [Ghanadan, 2005]

Unitamente agli aspetti metodologici è necessario il supporto di energy modeling

techniques per la quantificazione e determinazione dei risultati

Scenarios provide

„„texture, richness, and

insight‟‟ while models

offer a

level of structure,

discipline, and rigor to

the analyses

of socioeconomic,

resource, and

environmental

conditions‟‟

[Gallopin and Raskin,

1998].

Tipologie di scenari energetici

14

Scenarios

Predictive

Forecasts

What-if

Explorative

External

Strategic

Anticipative

Preseving

Transforming

Cosa succederà?

Cosa potrà succedere?

Come si può raggiungere un particolare futuro?

...“three basically modes of thinking about the future” [Dreborg,

2004]: “probable, possible and preferable” [Börjeson et al., 2006]

Predictive scenarios

Descrizione generale

definiscono “cosa è intenzionato ad accadere nel futuro”

[Börjeson et al., 2006]

cercano di fornire la descrizione del futuro più probabile,

di situazioni attese ed in accordo con i trends storici

associati spesso a termini come “business as usual”,

“default view” of the future, “reference scenario” o

“baseline scenario”

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Predictive scenarios FORECAST SCENARIOS

◦ rispondono alla domanda “What will happen, on the condition that the most

likely development unfolds?” [Börjeson et al., 2006]

◦ sono le previsioni più probabili ed in linea con i trends storici

◦ mirano ad identificare i percorsi più realisticamente attuabili e a quantificare

le incertezze dell‟analisi condotta

◦ sono normalmente più affidabili di altri scenari nei casi di sistemi energetici

con database ampio e scarsa conoscenze e/o controllabilità delle dinamiche

interne per le scelte tecniche e politiche del sistema

◦ adatti per l‟analisi a breve termine e nel caso di sistemi energetici e macro-

economici stabili nel tempo (fattori esterni stabili)

◦ alcuni studi americani hanno dimostrato che spesso tali scenari, con

riferimento agli scorsi 50 anni, hanno sistematicamente fallito le

rappresentazioni sovrastimando i consumi e sottostimanto le incertezze

[Craig et al., 2002]

16

Predictive scenarios WHAT–IF SCENARIOS

◦ rispondono alla domanda “What will happen, on the condition of some specified

events?” [Börjeson et al., 2006]

◦ mirano ad indagare come le fotografie future possono modificarsi in

relazione a specifici eventi esterni e/o decisioni interne al sistema analizzato

◦ un gruppo di what-if scenarios rappresenta quindi una serie di forecast

scenarios condizionati da specifici eventi ed alternative rilevanti per il

successivo sviluppo (es. esito di referendum sul nucleare

◦ il caso “multiple baseline” scenario (differenti what-if scenari) mostra le

conseguenze di specifiche scelte ed orientamenti e può essere utile per

analisi con vasti orizzonti temporali e quindi maggiori incertezze anche

esterne al sistema energetico (aspetti sociali, economici, ecc.)

ESEMPIO

◦ IEA, World Energy Outlook 2002

Reference Scenario: continuazione trends storici degli energy sectors dei

paesi OECD

OECD Alternative Policy Scenario: in linea con trends storici ma con

inserimento di nuove specifiche politiche

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Explorative scenarios Descrizione generale

anche indicati come “descriptive scenarios”

mirano ad esplorare e descrivere potenziali e differenti possibili

sviluppi partendo dalla conoscenza del presente...“starting from

past and present trends and leading to a likely future” [Godet and

Roubelat, 1996]

permettono una visione strategica grazie alla possibilità di generare

differenti alternative

Rappresentano un ottimo strumento nel caso di situazioni in

rapido e radicale combiamento per esplorare le conseguenze di

specifiche decisioni

Differiscono dai what-if scenarios perchè non trattano gli sviluppi

più probabili nel breve periodo, ma consentono di analizzare ed

approfondire le conseguenze di cambiamenti sostanziali e profondi

nel lungo periodo

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Explorative scenarios EXTERNAL SCENARIOS

rispondono alla domanda “What can happen to the

development of external factors?” [Börjeson et al., 2006]

mirano a focalizzarsi sui fattori che non sono sotto il

controllo del sistema energetico (variabili esogene)

sono utilizzati per generare risultati generali che possono

essere attivati per lo sviluppo di strategie politiche di

adeguamento

un classico esempio riguarda gli scenari a carattere

ambientale:

◦ ES. SRES scenarios of IPCC “Global greenhouse gas emissions

scenarios” che indica i futuri trends delle citate emissioni e relativi

impatti sul clima su scala mondiale

19

Explorative scenarios STRATEGIC SCENARIOS

rispondono alla domanda “What can happen if we act in a certain way?” [Börjeson et al., 2006]

mirano a descrivere un range di possibili conseguenze che le decisioni strategiche possono generare

sono focalizzati sull‟analisi dei fattori interni, ovvero quelli direttamente controllati dagli “utenti attivi” del sistema, pur tenendo conto degli sviluppi attesi dei fattori esterni

l‟approccio di tali scenari è quindi importante sia per l‟analisi di impatto che differenti politiche possono avere che a livello di analisi delle scelte imprenditoriali di società private nel settore energetico

consentono di esplorare differenti alternative per vagliare quella “ottimale”

20

Predictive vs. Explorative scenarios

21

Si riporta una tabella descittiva delle differenze tra i due approcci

presentati [Ghanadan, 2005]

Esempi di scenari in campo ambientale

22 Source: Environmental issue report N.24. European Environmental Agency, 2001.

Anticipative scenarios Descrizione generale

anche indicati come “normative or prescriptive scenarios”

mirano a descrivere come certe future situazioni,

desiderate o temute, possano emergere e svilupparsi

sono quindi scenari costruiti “sulla base di differenti

visioni del futuro” [Godet and Roubelat, 1996]

punto di partenza sono le diverse visioni del futuro

dalla scelta dello scenario fururo si ritorna alla definizione

del passato (processo di backcasting analysis)

approccio utile per le valutazioni politiche strategiche

coinvolge sia aspetti interni che esterni al sistema

23

Anticipative scenarios PRESERVING SCENARIOS

rispondono alla domanda “How can the target be reached, by

adjustments to current situation?” [Börjeson et al., 2006]

approccio utilizzabile quando il raggiungimento del target

desidarato è possibile senza modifiche sostanziali e profonde

del sistema energetico

normalmente basati su analisi costi-benefici anche con il

supporto di modelli di ottimizzazione quantitativi ovvero di

pianificazione regionale qualitativa

24

Anticipative scenarios

25

TRANSFORMING SCENARIOS

rispondono alla domanda “How can the target be reached,

when the prevailing structure blocks necessary changes?”

[Börjeson et al., 2006]

mirano a studiare casi in cui ci sono rotture e cambiamenti

strutturali del sistema per garantire la possibilità di raggiungere

target di alto livello ed altamente priorpitari

i profondi cambiamenti non possono esser gestiti in un

intervallo temporale breve quindi è possibile applicare tale

approccio sono per orizzonti temporali di 25-50 anni

è ottimale procedere alla definizione di tali scenari con

opportuno scambio culturale, tecnico e politico, anche

attraverso workshops o altre tecniche di cooperazione

Key-aspects summary delle tipologie

di scenario

26

Source: Scenario types and techniques: Towards a user’s guide. Börjeson et al., 2006.


di scenario

27

Source: “Energy scenarios: a review of methods, uses and suggestions for improvement”.

Nielsen and Karlsson, 2007.


di scenario

28

Source: “Energy scenarios: a review of methods, uses and suggestions for improvement”.

Nielsen and Karlsson, 2007.

Tecniche di analisi

29

Principali tecniche Obiettivi Strumenti/attività

Generating techniques Per la generazione di idee •Step iniziale per avviare lo

sviluppo di scenari

•Utili per creare nuove idee,

ottenere dati ed

informazioni, conoscere più

punti di vista da tecnici,

esperti e politici

•Strumenti: workshops,

panels, incontri, interviste,

sondaggi, delphi method,

think-tank, ecc.

Integration techniques

Per organizzare e inglobare

in un unico blocco le

informazioni

Modelli matematici per lo

sviluppo degli scenari

Consistency techniques

Per verificare la consistenza

degli scenari costruiti

Strutture matematiche di

asseverazione e verifica dei

risultati

Tecniche di analisi

Generating techniques: generazione di

idee

Integration techniques : organizzare e

inglobare in un unico blocco le

informazioni (es. modellazione)

Consistency techniques: verificare la

consistenza degli scenari costruiti

30

Generating techniques Integrating techniques Consistency techniques

Predictive Scenarios

Forecasts

Surveys Time series analysis

Workshops Optimisation models

Original Delphi method

What-if

Surveys Optimisation models

Workshops

Delphi methods

Explorative Scenarios

External Surveys Optimisation models Morphological field analysis

Workshops Cross impact

Delphi method modified

Strategic Surveys Optimisation models Morphological field analysis

Workshops System dynamics

Delphi methods

Anticipative Scenarios

Preserving Surveys Optimisation models Morphological field analysis

Workshops System dynamics

Transforming

Surveys

Workshops Optimisation models Morphological field analysis

Backcasting Delphi System dynamics

Basati su valori storici. Si producono previsioni

prolungando le curve dal passato sino al futuro

o utilizzando le stesse equazioni del passato

per generare valori .

Riproducono la stessa struttura del sistema

attuale nel futuro

Strutture matematiche in cui,

solitamente, le funzioni obiettivo

esprimono la minimizzazione dei

costi o la massimizzazione del

benefit nel sistema energetico

analizzato. Largamente utilizzati

nel settore energetico sono

MarkAL e TIMES (The Integrated

MarkAl-Efom System)

Completo e dinamico approccio (attenta

metodologia insieme a simulazione al computer

e test sul modello) per risolvere sistemi

complessi (internal feedback loops, time delays,

stocks, flows,etc.)

Approccio metodologico BSR

31

Reference scenario: seguiti per i diversi paesi coinvolti “European Energy Trends and Transport Trends to 2030” baseline scenario e le proiezioni di International Energy Agency (esempio what-if nel caso di Ignalina in Lituania)

Sviluppo del progetto in un contesto politico e quindi per stabilire target e nuove politiche energetiche Scenari anticipativi con importanti modifiche del sistema

Dati, trend attuali, risorse

energetiche

Reference scenario + generazione idee e di

tecniche Nuovi possibili futuri

Future Energy Systems in Europe” commissioned by STOA and carried out by

the European Technology Assessment Group (ETAG)

European Parliament,

Brussels 16 September

2008

3rd Meeting of the

BSPC Climate and Energy Working Group “The Draft Baltic Sea Region

Platform Report on Baltic Sea Region Scenarios for the Transformation to

Renewable Energy Sources”

Copenhagen 20-21

October 2008

Folketinget, the

Danish Parliament

Dinner Table

Discussion

Joint Platform on Energy and Climate Copenhagen, 22

October 2008

Workshop on Future Energy Systems

DTU Campus

Lyngby, Denmark, 19

- 20 November 2008

Copenhagen – Malmo Summit 30 Nov-2 Dec 2008”, arranged by the Baltic

Development in cooperation with the European Commission

Copenhagen, 2

December 2008

“Energy scenarios and Energy cooperation in the Baltic Sea Region” arranged

by Ea Energy Analyses

Ea Energy Analyses in

Copenhagen on the 2th

of December 2008

STREAM, Balmorel

Road

map

per sce

nari B

SR

32

Altro esempio di generazione scenari energetici

Steps metodologico seguito:

33

Eplorazione di strade energetiche alternative in California [Ghanadan, 2005]

1. Definizione di univoca

idea/domanda/tema da

esplorare attraverso i diversi

scenari: “How might

cleaner energy pathways

develop in California? What

will be the drivers of change

over the next decades?

How could California‟s energy

system differ from

business-as-usual

expectations?”


34


2. Si definisce una lista completa di ogni fattore rilevante del sistema

energetico in esame e relativo sviluppo, comprensive le interazioni

tra gli stessi parametri/elementi. A titolo di esempio bilanciamento

domanda/offerta del sistema, fuel costs, interessamento nello

sviluppo tecnologico, prezzi di vendita energia elettrica, ecc.



35


3. Identificazione ed analisi delle interconnessioni di natura sociale,

economica, tecnica, politica e delle principali forze in gioco



36


4. Relazioni logiche tra gli scenari sviluppati (dipendenti da fattori

esterni, ruolo attivo dello sviluppo normativo, ecc.)



37


5. Creazioni degli scenari energetici tenendo presenti

obiettivi e risposte diverse al punto 1 e quindi

sviluppi diversi del sistema energetico.

Scenari sviluppati:

- Base case storyline scenario (segue i trends

storici)

- Split public scenario (progressivo entusiasmo del

pubblico nello sviluppo individuale di energia

pulita nei settori di generazione, trasporto ma

anche savings in utenze residenziali e

commerciali)

- Golden state scenario (coordinamento attività

statali e individuali per lo sviluppo energetico)

- Patriotic energy indipendence scenario

(sfuttamento prioritario delle risorse energetiche

interne)



38

Eplorazione di strade energetiche alternative in California [Ghanadan, 2005] 6. Analisi finali a seguito di modellazione matematica

Esempio: Consumi di energia primaria nell‟anno di

riferimento (2000) e al 2035 per ogni scenario


Vantaggi e limiti dell‟analisi tramite

scenari

Fattori positivi Fattori negativi

Chiarezza nella mappa concettuale

di elaborazione degli scenari

Dati e motivazioni errate

Solide assunzioni ed ipotesi Errate connessioni nelle variabili di

sistema

Consistenza delle informazioni Mancanza di trasparenza (in

particolare per gli aspetti numerici)

Cooperazione con esperti e

referenti politici

Mancanza di analisi multidisciplinare

Chiarezza e facilità di comprensione Mancanza di scambio di idee e

proposte

Utilizzo di grafici esplicativi ed

intuitivi

Mancanza di analisi delle incertezze

39

Quattro requisiti fondamentali per la credibilità e robustezza degli scenari:

Rilevanza – Coerenza – Probabilità – Trasparenza

Sviluppi sull‟approccio di analisi

attraverso scenari I temi trattati attraverso la modellazione energetica sono di grande

attualità, crescita e sviluppo.

Si ritiene che migliori e sempre più efficaci soluzioni possono essere ottenuti anche attraverso:

il miglioramento dell‟analisi della domanda

l‟inserimento di eventuali nuove tecnologie ad ampliamento del parco in offerta

la massima trasparenza per ottenere soluzioni univoche e condivise da tutte le parti interessate

il continuo ed aperto confronto su ogni tema sociale, tecnico e politico connesso con la creazione di scenari plausibili e realizzavili

l‟analisi macro-economica dettagliata

lo sviluppo di una modellistica per le analisi quantitative flessibile ma allo stesso tempo coerente con la struttura del sistema energetico esaminato

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