Gli scettici dicono che le rinnovabili non sono affidabili ma già oggi possono portare a una rete affidabile e pulita
Anche in Italia hanno di nuovo rialzato la testa gli scettici sulle energie rinnovabili (di solito fan palesi o sotto copertura delle energie fossili e del nucleare) che sostengono che, a causa della loro variabilità, eolico e solare non possono essere alla base di una rete elettrica affidabile. Ma l’espansione delle energie rinnovabili e nuovi metodi di gestione e stoccaggio dell’energia possono portare a una rete affidabile e pulita E’ quel che dimostrano Amory Lovins, professore di ingegneria civile e ambientale alla Stanford University e co-fondatore e chairman emeritus del Rocky Mountain Institute, e M. V. Ramana, presidente della Simons Chair in Disarmament, Global and Human Security e direttore del Liu Institute for Global Issues at the School of Public Policy and Global Affairs dell’università della British Columbia – Vancouver, nell’articolo che pubblichiamo, comparso originariamente su YaleEnvironment360 con il titolo “Three Myths About Renewable Energy and the Grid, Debunked”.
Poiché l’energia eolica e solare sono diventate fortemente più economiche e la loro quota di produzione di elettricità cresce, gli scettici di queste tecnologie stanno diffondendo diversi miti sull’energia rinnovabile e sulla rete elettrica. I miti si riducono a questo: affidarsi a fonti di energia rinnovabili renderà l’approvvigionamento elettrico inaffidabile.
La scorsa estate, alcuni commentatori sostenevano che i blackout in California fossero dovuti all’“intermittenza” delle fonti energetiche rinnovabili, quando in realtà le cause principali erano una combinazione di un’ondata di caldo estremo probabilmente indotta dal cambiamento climatico, pianificazione errata e mancanza di flessibilità delle fonti di produzione e insufficiente accumulo di energia elettrica. Durante una brutale ondata di freddo del Texas lo scorso inverno, il governatore Greg Abbott ha erroneamente accusato l’energia eolica e solare del massiccio guasto alla rete dello Stato, che è stato di gran lunga più grande di quello della California. In realtà, le rinnovabili hanno superato le previsioni dell’operatore di rete durante il 90% del blackout e, per il resto, sono state inferiori di un quindicesimo al massimo rispetto agli impianti a gas. Invece, erano state altre cause, come le centrali elettriche inadeguatamente esposte alle intemperie e la chiusura del gas naturale a causa delle apparecchiature congelate, hanno portato alla maggior parte delle carenze di elettricità dello Stato.
In Europa, l’obiettivo di solito è la Germania, in parte a causa delle sue politiche Energiewende (trasformazione energetica) che passano dai combustibili fossili e dall’energia nucleare all’uso efficiente e alle rinnovabili. Il neoeletto governo tedesco prevede di accelerare il primo e completare il secondo, ma alcuni critici hanno avvertito che la Germania sta correndo “contro i limiti delle rinnovabili”.
In realtà, è del tutto possibile sostenere un sistema elettrico affidabile basato su fonti energetiche rinnovabili più una combinazione di altri mezzi, inclusi metodi migliorati di gestione e stoccaggio dell’energia. Una comprensione più chiara di come gestire in modo affidabile la fornitura di elettricità è fondamentale perché le minacce climatiche richiedono un rapido passaggio a fonti rinnovabili come l’energia solare ed eolica. Questa transizione è stata accelerata dal crollo dei costi – Bloomberg New Energy Finance stima che per il 91% dell’elettricità mondiale il solare e l’eolico siano la fonte più economica – ma è frenata dalla disinformazione e dai miti.
Mito n. 1: una rete che fa sempre più affidamento sull’energia rinnovabile è una rete inaffidabile.
Seguendo il cliché, “In God we trust; all others bring data”, vale la pena guardare le statistiche sull’affidabilità della rete nei Paesi con alti livelli di rinnovabili. L’indicatore più spesso utilizzato per descrivere l’affidabilità della rete è la durata media dell’interruzione di corrente sperimentata da ciascun cliente in un anno, una metrica nota con il nome ingannevole di “System Average Interruption Duration Index” (SAIDI). Sulla base di questa metrica, la Germania, dove le energie rinnovabili forniscono quasi la metà dell’elettricità del Paese, vanta una rete che è una delle più affidabili in Europa e nel mondo. Nel 2020, il SAIDI in Germania era solo di 0,25 ore. Solo il Liechtenstein (0,08 ore) e la Finlandia e la Svizzera (0,2 ore) hanno ottenuto risultati migliori in Europa, dove la produzione di elettricità nel 2020 è stata per il 38% rinnovabile (in testa rispetto al 29% del mondo). Paesi come la Francia (0,35 ore) e la Svezia (0,61 ore) – entrambi molto più dipendenti dal nucleare – hanno fatto peggio, per vari motivi.
Gli Stati Uniti, dove l’energia rinnovabile e l’energia nucleare forniscono ciascuna circa il 20% dell’elettricità, hanno avuto un tasso di interruzione 5 volte superiore alla Germania: 1,28 ore nel 2020. Dal 2006, la quota di energia rinnovabile della Germania è quasi quadruplicata, mentre il tasso di interruzione dell’energia è stato quasi dimezzato. Allo stesso modo, la rete del Texas è diventata più stabile poiché la sua capacità eolica è sestuplicata dal 2007 al 2020. Oggi, il Texas produce più energia eolica – circa un quinto della sua elettricità totale – rispetto a qualsiasi altro Stato degli Usa.
Mito n. 2: Paesi come la Germania devono continuare a fare affidamento sui combustibili fossili per stabilizzare la rete e sostenere l’energia eolica e solare variabili.
Ancora una volta, i dati ufficiali dicono il contrario. Tra il 2010 – l’anno prima dell’incidente nucleare di Fukushima in Giappone – e il 2020, la produzione tedesca da combustibili fossili è diminuita di 130,9 terawattora e la produzione nucleare di 76,3 terawattora. Questi sono stati più che compensati dall’aumento della produzione da fonti rinnovabili (149,5 terawattora) e dal risparmio energetico che ha ridotto il consumo di 38 terawattora nel 2019, prima che la pandemia riducesse anche l’attività economica. Entro il 2020, le emissioni di gas serra della Germania erano diminuite del 42,3% rispetto ai livelli del 1990, superando l’obiettivo del 40% fissato nel 2007. Le emissioni di anidride carbonica del solo settore energetico sono diminuite da 315 milioni di tonnellate nel 2010 a 185 milioni di tonnellate nel 2020.
Pertanto, poiché la percentuale di elettricità prodotta da fonti rinnovabili in Germania è cresciuta costantemente, la sua affidabilità della rete è migliorata e la combustione del carbone e le emissioni di gas serra sono sostanzialmente diminuite.
In Giappone, in seguito alla fusione di più reattori a Fukushima, più di 40 reattori nucleari sono stati chiusi in modo permanente o indefinito senza aumentare materialmente la produzione di combustibili fossili o le emissioni di gas serra; il risparmio di elettricità e le energie rinnovabili compensano praticamente l’intera perdita, nonostante le politiche che hanno soppresso le rinnovabili.
Mito n. 3: Poiché le energie solare ed eolica possono essere prodotte solo quando splende il sole o soffia il vento, non possono essere la base di una rete che deve fornire elettricità 24 ore su 24, 7 giorni su 7, tutto l’anno.
Sebbene l’output variabile sia una sfida, non è né nuova né particolarmente difficile da gestire. Nessun tipo di centrale elettrica funziona 24 ore su 24, 7 giorni su 7, 365 giorni all’anno e la gestione di una rete implica sempre la gestione della variabilità della domanda in ogni momento. Anche senza energia solare ed eolica (che tendono a funzionare in modo affidabile in momenti e stagioni diversi, rendendo meno probabili le carenze ), tutta la fornitura di energia elettrica varia.
Le variazioni stagionali della disponibilità di acqua e, in misura crescente, la siccità riducono la produzione di elettricità dalle dighe idroelettriche. Gli impianti nucleari devono essere chiusi per il rifornimento o la manutenzione e i grandi impianti fossili e nucleari sono in genere fuori servizio circa dal 7 al 12% delle volte, alcuni molto di più. L’ approvvigionamento di carburante di una centrale a carbone potrebbe essere interrotto dal deragliamento di un treno o dal crollo di un ponte. Una o più centrali nucleari potrebbe dover essere chiuse inaspettatamente per motivi di sicurezza, come è stato il più grande impianto del Giappone dal 2007 al 2009. Nel 2019, ogni centrale nucleare francese è stata, in media, chiusa per 96,2 giorni a causa di eventi “programmati” o “non disponibilità forzate”, Un f dato che è salito a 115,5 giorni nel 2020, quando le centrali nucleari francesi hanno prodotto meno del 65% dell’elettricità che avrebbero potuto teoricamente produrre. Confrontando le prestazioni previste con quelle effettive, si potrebbe persino dire che l’energia nucleare è stata la fonte di elettricità più intermittente della Francia nel 2020.
I fattori legati al clima e alle condizioni meteorologiche hanno causato molteplici interruzioni degli impianti nucleari, che sono diventate sette volte più frequenti nell’ultimo decennio. Anche la produzione nucleare normalmente stabile può fallire improvvisamente e in modo duraturo, come in Giappone dopo il disastro di Fukushima, o negli Stati Uniti nordorientali dopo il blackout regionale del 2003, che ha innescato arresti improvvisi che hanno fatto sì che 9 reattori non producessero quasi energia per diversi giorni e impiegassero quasi due settimane per tornare alla piena produzione.
Quindi tutte le fonti di energia prima o poi non saranno disponibili. La gestione di una rete deve fare i conti con quella realtà, così come con le fluttuazioni della domanda. L’afflusso di maggiori quantità di energia rinnovabile non cambia questa realtà, anche se stanno cambiando i modi in cui affrontano la variabilità e l’incertezza . I moderni operatori di rete enfatizzano la diversità e la flessibilità piuttosto che le fonti di produzione di “carico di base” nominalmente stabili ma meno flessibili. I portafogli diversificati delle rinnovabili non falliscono in modo così massiccio, duraturo o imprevedibile come le grandi centrali termiche.
Lo scopo di una rete elettrica non è solo trasmettere e distribuire energia elettrica al variare della domanda, ma anche affiancare impianti non funzionanti a impianti funzionanti: gestire cioè l’intermittenza degli impianti tradizionali fossili e nucleari. Allo stesso modo, ma più facilmente e spesso a costi inferiori, la rete può fare rapidamente il backup dell’eolico e delle variazioni prevedibili del solare fotovoltaico con altre fonti rinnovabili, di altri generi o in altri luoghi o entrambi. Questo è diventato più facile con le odierne e di gran lunga più accurate previsione del tempo e della velocità del vento, consentendo così una migliore previsione della produzione delle rinnovabili variabili. Le rinnovabili locali o onsite sono ancora più resilienti perché bypassano in gran parte o completamente la rete, dove iniziano quasi tutte le interruzioni di corrente. E la moderna power electronics ha gestito in modo affidabile il miliardo di watt della South Australian grid con solo sole ed eolico per giorni interi, senza carbone, niente idroelettrico, niente nucleare e al massimo la produzione di gas naturale del 4,4% attualmente richiesta dal regolatore della rete.
La maggior parte delle discussioni sulle energie rinnovabili si concentra sulle batterie e su altre tecnologie di accumulo elettrico per mitigare la variabilità. Questo non sorprende perché le batterie stanno rapidamente diventando più economiche e ampiamente utilizzate. Allo stesso tempo, continuano ad emergere nuove tecnologie di stoccaggio con caratteristiche diverse; l’ U.S. Department of Energy Global Energy Storage Database elenca 30 tipi già implementati o in costruzione. Nel frattempo, oltre alle batterie giganti, esistono molti altri modi meno costosi e privi di emissioni di carbonio per gestire le rinnovabili variabili.
Il primo è l’efficienza energetica, che riduce la domanda, soprattutto durante i periodi di picco di utilizzo. Gli edifici più efficienti necessitano di meno riscaldamento o raffreddamento e cambiano la loro temperatura più lentamente, in modo che possano rimanere più a lungo sulla propria capacità termica e quindi sostenere il comfort con meno energia, specialmente durante i periodi di picco di carico.
Una seconda opzione è la flessibilità della domanda o la risposta alla domanda, con la quale le utility compensano i clienti di elettricità che riducono il loro utilizzo quando richiesto, spesso automaticamente e impercettibilmente, aiutando a bilanciare la domanda e l’offerta. Uno studio recente ha rilevato che, se si perseguisse attivamente una risposta efficace alla domanda, gli Stati Uniti disporrebbero di 200 gigawatt di potenziale di flessibilità del carico a un costo conveniente che potrebbe essere realizzato entro il 2030. In effetti, la più grande lezione dalle recenti carenze in California potrebbe essere il maggiore apprezzamento della necessità di risposta alla domanda. A seguito delle sfide delle ultime due estati, la California Public Utilities Commission ha istituito l’Emergency Load Reduction Program da realizzare basandosi sui precedenti sforzi di risposta alla domanda.
Alcune prove suggeriscono un potenziale ancora più grande: una simulazione oraria della rete texana del 2050 ha rilevato che 8 tipi di risposta alla domanda che potrebbero eliminare la ripida ascesa della domanda di energia in prima serata quando la produzione solare diminuisce e i carichi domestici aumentano. Ad esempio, la ice-storage technology attualmente disponibile congela l’acqua utilizzando elettricità a basso costo e l’aria più fresca, di solito di notte, e quindi utilizza il ghiaccio per raffreddare gli edifici durante le giornate calde. Questo riduce la domanda di elettricità dall’aria condizionata e consente di risparmiare denaro, in parte perché la capacità di stoccaggio per il riscaldamento o il raffreddamento è molto più economica rispetto allo stoccaggio di elettricità per erogarli. Allo stesso modo, senza modificare i modelli di guida, molti veicoli elettrici possono essere caricati in modo intelligente quando l’elettricità è più abbondante, economica e rinnovabile.
Una terza opzione per stabilizzare la rete con l’aumento della produzione di energia rinnovabile è la diversità , sia geografica che tecnologica: eolico onshore, eolico offshore, pannelli solari, energia solare termica, geotermica, energia idroelettrica, combustione di rifiuti urbani o industriali o agricoli. L’idea è semplice: se una di queste fonti, in un luogo, non produce elettricità in un dato momento, è probabile che altre lo facciano.
Infine, alcune forme di accumulo, come le batterie dei veicoli elettrici, sono già oggi economiche. Le simulazioni mostrano che l’aria condizionata con accumulo di ghiaccio negli edifici, oltre alla ricarica intelligente da e verso la rete delle auto elettriche, che restano parcheggiate per il 96% del tempo, nel 2050 potrebbero consentire al Texas di utilizzare il 10% di elettricità rinnovabile senza bisogno di batterie giganti.
Per scegliere un caso molto più difficile, spesso si afferma che la “stasi buia” degli inverni europei richiede molti mesi di stoccaggio in batterie per una rete elettrica completamente rinnovabile. Tuttavia, i principali operatori di rete tedeschi e belgi ritengono che l’Europa avrebbe bisogno solo di una o due settimane di carburante di riserva derivato da fonti rinnovabili, che fornirebbe solo il 6% della produzione invernale, non è una sfida enorme.
La linea di fondo è semplice. Le reti elettriche possono gestire frazioni molto più grandi di energia rinnovabile a costo zero o modesto, e questo è noto da tempo. Alcuni Paesi europei con poca o nessuna energia idroelettrica ottengono già da metà a tre quarti della loro elettricità da fonti rinnovabili con un’affidabilità della rete migliore rispetto agli Stati Uniti. È tempo di superare i miti.
Amory B. Lovins
V. Ramana
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