Quanta potenza eolica e solare servirebbe per assicurare una copertura totale della domanda elettrica nel corso di tutto l’anno e in vari paesi del mondo? Uno studio elabora sei scenari e li applica ai 42 paesi più popolati.
Anche il più accanito fautore delle energie rinnovabili, in certi giorni nebbiosi o piovosi, non può esimersi da un dubbio: ma quando ci saranno giornate come queste in futuro, come potranno mai il solare e l’eolico, le due fonti rinnovabili a cui è destinato il maggiore compito di assicurare energia al mondo di domani, coprire la domanda elettrica?
Soprattutto se quei periodi in cui il meteo resta quasi privo di sole e di vento si ripete giorno dopo giorno, magari per una settimana o più di fila: ben pochi sistemi di stoccaggio oggi concepibili, potrebbero ragionevolmente provvedere all’intera domanda di una nazione in periodi così lunghi.
Magari si potrebbero installare così tante turbine eoliche e pannelli solari, da coprire ogni momento della domanda, anche in presenza di fitta nebbia e refoli di vento, ma con un costo che sarebbe spaventoso. E poi si avrebbe un’enorme sovrapproduzione per il resto dell’anno.
Oppure, per superare quei divari, forse potrebbe essere meglio mantenere in funzione una parte dell’attuale generazione alimentata a fonti fossili, magari alimentandole a combustibili rinnovabili accumulati durante l’anno come riserva, quali idrogeno o biocarburanti.
Queste domande se le sono fatte anche Steven Davis, ingegnere dell’energia alla Università di California a Irvine, e i suo colleghi Ken Caldeira, della Stanford University, e Dan Tong, della Tsinghua University, di Pechino, che hanno affrontato in uno studio pubblicato su Nature Communications (vedi allegato in basso) la questione di quanta potenza eolica e solare ci sia bisogno per assicurare una copertura totale alla domanda elettrica nel corso di tutto l’anno e in vari paesi del mondo.
Per rispondere i ricercatori hanno raccolto i dati di 30 anni sulla domanda annuale di elettricità dei 42 paesi più popolati del mondo, sovrapponendola alla loro disponibilità di energia solare ed eolica media teorica lungo lo stesso periodo.
Ne hanno così ricavati 6 scenari teorici che considerano una produzione da sole e vento che va a coprire il 100% o perfino il 150% della domanda annuale, incrociandola con la disponibilità di uno storage di energia pari a 0 ore, 3 ore oppure 12 ore della domanda media giornaliera.
Per un confronto pensiamo che oggi solare ed eolico in Italia coprono circa il 15% della domanda totale di elettricità; quindi, per raggiungere l’obbiettivo del 150% dovrebbero decuplicare la loro potenza installata.
Allo scopo di rendere meno complesso il calcolo finale, lo studio contiene alcune semplificazioni un po’ ottimistiche: che gli impianti possano essere disposti uniformemente all’interno dei territori nazionali e che la trasmissione di energia avvenga da un angolo all’altro dei paesi, senza particolari perdite.
“I risultati mostrano che con una potenza da solare ed eolico in grado di fornire la domanda annuale di energia, la loro capacità di soddisfare la richiesta di elettricità varia nelle diverse nazioni fra il 72% e il 91%”, dice Davis.
“Passando a una produzione pari a 1,5 volte la domanda – spiega – si può salire all’80-95% della copertura lungo tutto l’anno. Aggiungendo lo storage si permette ai paesi meno favoriti di avvicinarsi sempre più alla copertura totale, fino a quando con 12h di accumulo a disposizione, si potrebbe arrivare al 90-99% di copertura nei vari paesi”, dice Davis.
Questo potrebbe sembrare un ottimo risultato, ma in realtà è piuttosto preoccupante visto che anche avere una copertura da parte di eolico e solare al 90% del tempo dell’anno, significherebbe che per 870 ore, cioè 27 giorni, ogni 12 mesi, il paese va incontro al blackout, un evento non tollerabile.
Inoltre, raggiungere anche quell’obbiettivo non sarebbe alla portata di tutti; alcuni ci possono arrivare molto facilmente, altri meno: Australia, Canada, e Russia per esempio, arriverebbero al 90% con una produzione solare ed eolica pari alla domanda e senza storage, mentre Svezia e Corea del Sud stenterebbero anche con una produzione pari a 1,5 volte la domanda e uno storage disponibile per 12 ore.
In generale i più svantaggiati sono i paesi più a nord e con la superficie più piccola.
“Essere piccoli vuol dire avere meno chance che, in caso di assenza di energia solare o eolica in un’area del paese, il deficit possa essere compensato dall’arrivo dell’energia da un’altra parte del territorio”, spiega Davis.
“Mentre essere a nord – continua – vuol dire avere di base poco sole e rischiare di incorrere più frequentemente in periodi in cui viene a mancare anche il vento: in Germania pochi anni fa si è verificato un evento di questo tipo durato 14 giorni durante i quali quasi tutta l’elettricità è arrivata dalle fonti fossili. I paesi più vicini ai tropici, invece, raramente finiscono in situazioni del genere”.
L’Italia, pur essendo relativamente a sud, è nel gruppo dei paesi più svantaggiati, sfavorita nella corsa all’indipendenza energetica rinnovabile dalle sue piccole dimensioni, così come, del resto, tutti gli altri paesi europei.
Ma allora come si può integrare la produzione da fonte solare ed eolica per assicurarci di non restare al buio per alcune settimane ogni anno?
“La soluzione più facile può sembrare di mantenere l’attuale parco di centrali a combustibili fossili, pronto a entrare in funzione. Tenere queste centrali in standby per quasi tutto l’anno però costa caro, e in futuro la sempre più scarsa produzione di fossili farà sì che sarà difficile ottenerne le quantità necessarie proprio quando serviranno; inoltre, i loro prezzi saranno anche molto alti”, dice l’ingegnere californiano.
Discorso simile si può fare per l’uso di combustibili non fossili: usare centrali termiche per sole poche ore l’anno ha comunque un costo molto elevato.
Forse allora si può estendere la potenza eolica e solare o quella dello stoccaggio?
“Non è molto conveniente neanche questa strada, perché più ci si avvicina al 100% di copertura annuale, e più aumenta la potenza necessaria degli impianti e/o la capacità dello stoccaggio necessari per compiere l’ultimo tratto di percorso: una produzione da solare ed eolico di 1,5 volte la domanda annuale e con 12 ore di accumulo sembrano essere il compromesso più avanzato per bilanciare copertura e costi”.
Ma allora cosa può consentire quell’ultimo miglio, cioè la copertura del 5-10% di domanda che manca?
“Prima di tutto bisogna considerare altre fonti capaci di integrare sole e vento: rinnovabili come l’idroelettrico o la geotermia, o, in alcune nazioni, il nucleare. Un altro importante strumento sarà la modulazione della domanda, con imprese energivore, che, per motivi di costo, preferiranno staccare nei momenti in cui si prevede la mancanza di energia, per operare a pieno ritmo invece in quelli di sovraproduzione”, spiega Davis
Ma secondo i ricercatori la soluzione migliore per arrivare al 100% di copertura da rinnovabili, è attraverso lo scambio di energia a livello continentale e anche extracontinentale.
In altre parole, costruendo abbastanza connessioni fra nazioni a latitudini e longitudini molto diverse fra loro, si possono trasformare nazioni piccole come l’Italia, in parti di grandi “Stati elettrici”: ad esempio se manca il vento da noi, si può importare l’elettricità da fonte eolica dalla Scandinavia, e se loro avessero un deficit di elettricità solare, la potrebbero richiedere alla Spagna.
Aggiungere anche connessioni con il Nord Africa, poi, assicurerebbe all’Europa la copertura di un altro 2% del gap potenziale.
Resta un’ultima domanda: ma fra solare ed eolico chi vince? Qual è il mix ideale fra le due fonti.
La ricerca risponde anche a questo dubbio.
“Ovviamente dipende da nazione e nazione. Nella combinazione più favorevole, 1,5 di produzione rispetto alla domanda e 12 ore di accumulo, per le nazioni più vicine ai tropici, come Giappone, Sudafrica o Egitto, il mix ideale vede circa il 60% di solare e il 40% di eolico. Russia e Canada, ma anche in maniera meno estrema Gran Bretagna e Francia, faranno meglio a puntare di più sull’eolico, con la Russia che arriva a un mix ideale con l’80% da questa fonte”, conclude Davis.
Tutte le altre oscillano, invece, salomonicamente intorno a un fifty-fifty fra sole e vento.
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