L'energia primaria è una forma di energia che si trova in natura e che non è stata sottoposta ad alcun processo di conversione artificiale (umano). È l'energia contenuta in materiali come petrolio, gas naturale e carbone, che può essere rilasciata bruciandoli.

Il processo di conversione dell'energia primaria in altre forme di energia più utili comporta costi energetici e perdite di efficienza, il che significa che è necessaria più energia primaria di quella effettivamente fornita come energia utile (riscaldamento per un edificio o elettricità). A titolo di esempio, seguiamo il percorso del gas naturale estratto da un gigantesco giacimento di gas in Qatar e destinato al Regno Unito per la produzione di elettricità in una centrale elettrica (illustrato sopra):

Una volta estratto dalle riserve sotterranee, il gas viene pompato attraverso una condotta verso un impianto di lavorazione. Qui viene raffreddato a -162°C, la temperatura alla quale diventa liquido, e caricato a bordo di una nave metaniera specializzata (GNL) che lo trasporta nel Regno Unito. Il gas deve essere mantenuto freddo durante il trasporto, e ciò avviene isolando i contenitori in cui è trasportato e permettendo a una parte del gas di vaporizzare. Alcune navi (ma non tutte) recuperano il gas e lo utilizzano in turbine che azionano la nave.

Nel porto del Regno Unito, il gas liquefatto viene trasferito in stoccaggio e mantenuto a bassa temperatura per rimanere liquido. Quando necessario, viene rigassificato e immesso nella rete del gas del Regno Unito. Infine, arriva a una centrale elettrica dove il gas può essere bruciato in una moderna turbina a gas a ciclo combinato (CCGT). Questo è il tipo di produzione di energia più efficiente – perché, oltre al calore della combustione utilizzato per generare vapore e azionare una turbina, i gas di scarico azionano una seconda turbina. Le turbine azionano alberi rotanti che producono elettricità in un gruppo elettrogeno.

Ci sono perdite in ogni fase di questo percorso, dal giacimento di gas all'energia elettrica. Dal punto di vista energetico, le perdite includono il contenuto di energia primaria dell'elettricità o di altri combustibili utilizzati, nonché qualsiasi combustione o dispersione del gas naturale stesso lungo il tragitto.

Una parte del gas viene dispersa nell'atmosfera e una parte può essere bruciata (flaring) sulla piattaforma o come parte del processo di riempimento dei serbatoi a pressione delle navi metaniere GNL e durante il trasporto. Le pompe per spostare il gas attraverso il sistema di distribuzione utilizzano elettricità.

Fino al 10% del gas naturale viene bruciato per azionare i turbocompressori che refrigerano il gas per liquefarlo per il trasporto marittimo.

Durante la traversata oceanica, la nave metaniera GNL perderà dallo 0,1% allo 0,25% del suo carico di gas ogni giorno. Questa evaporazione è consentita per mantenere le basse temperature – il che significa che fino al 5% della spedizione viene perso tra il Qatar e il Regno Unito in un transito tipico di 18 giorni. Inoltre, la nave utilizza petrolio o il gas trasportato stesso per alimentare i suoi motori. Alcune navi possono riciclare il gas evaporato con impianti di riliquefazione a bordo, ma anche questo comporta un costo energetico.

Il gas proveniente dal Mare del Nord consumerà meno energia per il suo trasporto rispetto al gas dal Qatar o dagli USA, ma prendendo una media ponderata di tutte le forniture di gas del Regno Unito (basata sui dati di SAP10.1) – l'energia o le perdite equivalenti a circa il 12% dell'energia termica contenuta nel gas vengono consumate semplicemente per farlo arrivare a una casa o a una centrale elettrica nel Regno Unito.

Le migliori centrali elettriche a ciclo combinato (CCGT) hanno un'efficienza di conversione del 54% (HHV), il che significa che per generare un'unità di energia elettrica, deve essere bruciato gas con un contenuto energetico di 1,85 unità.

Mettendo insieme tutte queste perdite – estrazione, lavorazione, trasporto e poi conversione in elettricità – si deduce che per immettere 1 unità di energia elettrica nella rete, è necessario partire con gas nel sottosuolo che contenga circa 2,1 unità di energia termica – quindi l'elettricità generata in questo modo si dice che abbia un fattore di energia primaria di 2,1.

Fattore di Energia Primaria per l'Elettricità di Rete

Altre forme di generazione di elettricità avranno fattori di energia primaria diversi, quindi il fattore di energia primaria medio per l'elettricità di rete è una media ponderata. Questo includerà energia da pannelli solari, turbine eoliche, combustione di biomassa e biogas, energia nucleare, oltre a gas e petrolio, ciascuno con i propri fattori di energia primaria.

Sebbene i pannelli solari convertano l'energia elettromagnetica (luce) in elettricità e le turbine eoliche facciano lo stesso con l'energia cinetica del vento, poiché queste risorse sono considerate inesauribili, la convenzione è che l'energia rinnovabile di questo tipo abbia un fattore di energia primaria di 1,0.

Secondo SAP 10.1, il fattore di energia primaria medio ponderato per l'elettricità del Regno Unito nel periodo 2020-2025 dovrebbe essere 1,51.

Il fattore di energia primaria per l'elettricità varia anche a seconda del mix di generazione che contribuisce all'approvvigionamento elettrico del Regno Unito in un dato momento. SAP 10.1 utilizza valori mensili per tenere conto del fatto che l'energia rinnovabile contribuisce con quantità diverse di energia al variare delle stagioni.

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