Aspetto qualitativo: limiti tecnic

Un altro importate limite qualitativo sta nella natura casuale dell’apporto energetico delle FER che mal si adatta alle richieste dei mercati moderni dove viene richiesta la massima affidabilità e controllabilità, ovvero la

disponibilità di poter disporre nel posto e nel momento opportuni [Alberto Clo, Il rebus energetico, Mulino, Bologna 2008, pag 140].

La produzione da parte delle FER è condizionata dalle condizioni climatiche locali istantanee e quindi non si può prevedere, se non statisticamente, l’entità della produzione che si attesta invariabilmente su valori inferiori a quelli della potenza nominale. La forte differenza stagionale tra le capacità produttive delle FER e rende necessaria la realizzazione di sistemi di accumulo di energia o di sistemi produzione tradizionali per limitare gli effetti di questa intermittenza. Per assicurare la continuità nel tempo del servizio elettrico bisogna perciò

affiancare a quelle fonti – salvo situazioni locali del tutto marginali - una potenza analoga alimentata con risorse convenzionali, il che non determina certo nell’insieme un uso razionale delle risorse energetiche e dei denari investiti. (CLO 2008)

Questo aspetto è limitato nel caso dell’energia idroelettrica o quella da biomasse. La prima, pur avendo basse densità territoriali di energia disponibile, tende ad accumularsi nei bacini naturali o artificiali, generando giacimenti di notevole concentrazione che possono garantire una buona stabilità alla fornitura di energia. La seconda presenta buone caratteristiche di trasportabilità ed è facilmente stoccabile in depositi che ne possono garantire la costanza della produzione. Attualmente buona parte dell’energia rinnovabile prodotta in Italia è da attribuire all’idroelettrico e al geotermico (fig. n°3.6) nel 2007 l’idroelettrico più il geotermoelettrico costituivano circa il 70% di tutta la produzione rinnovabile italiana.

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Ci si riferisce alla efficienza complessiva d’uso finale delle fonti energetiche in ingresso calcolata come rapporto tra (consumi finali) / (Energia in ingresso). La dimensione delle rete di distribuzione in funzione dei consumi è uno dei principali parametri che ne influenza l’efficienza in quanto il trasporto dell’energia implica invariabilmente la perdita di una parte di essa.

Fig. n°3.6 Distribuzione delle varie fonti di energia primaria anno 2007 [COIANTE, 2009]

Le difficoltà dovute all’intermittenza della fonte mostrano i loro effetti anche nella piccola dimensione di un contesto residenziale dove si è soliti affiancare alla produzione di energia termica per ACS e riscaldamento tramite energia solare. L’apporto di una caldaia a gas o di uno scaldaacqua elettrico al fine di garantire la continuità del servizio. Perciò l’utilizzo di una fonte rinnovabile richiede comunque l’installazione del sistema tradizionale con un conseguente aumento dei costi iniziali e di gestione. Anche nell’ambito delle tecnologie di produzione di energia fotovoltaica, negli impianti grid-connected la continuità del servizio elettrico è garantita dalla rete17; mentre sembra non essere attualmente percorribile, dal punto di vista economico, la strada di impianti stand-alone18.

La più importate conseguenza dell’intermittenza della fonte energetica è però di natura prettamente tecnica: la rete elettrica deve, per garantire la certezza della fornitura, mantenere un equilibrio tra l’energia immessa e quella consumata che viene gestita tramite la regolazione in tempo reale delle potenze prodotte nelle centrali di produzione.

17 _{Si tratta di impianti fotovoltaici che riversano l’energia prodotta nella rete elettrica, previa trasformazione da corrente} continua in alternata. Il produttore non usa l’energia autoprodotta ma quella della rete garantita, nella sua continuità, dall’apporto non rinnovabile presente nella rete stessa.

18 _{Si tratta di impianti non collegati alla rete elettrica e che garantiscono la continuità ai propri utilizzatori grazie alla} presenza di costosi accumulatori. Tale soluzione viene utilizzata sono in situazioni marginali ove non sia possibile collegarsi alla rete o approvvigionarsi di energia in altro modo a causa dei costi degli accumulatori e degli alti costi di gestione.

Per mantenere l’equilibrio dinamico la rete si serve di un sofisticato sistema di controllo che permette di seguire l’andamento della domanda in relazione alle variazioni temporali della natura e dell’entità dei carichi. Il sistema di controllo reagisce automaticamente, numerose volte al giorno, per far fronte alle variazioni del carico; ma qualora l’ampiezza dell’intervento superi le capacità ci compensazione della potenza o quelle di velocità di reazione del sistema, viene applicata una procedura di distacco dei carichi per ristabilire l’equilibrio (black out). L’apporto di energia intermittente genera squilibri nella fornitura che limitano di fatto l’apporto delle energie rinnovabili ad una percentuale che viene stimata nel 20%-25% del totale dell’energia immessa nella rete19.

Fissare però l’entità del limite non è facile, perché esso dipende dalle caratteristiche locali della rete nei suoi carichi e nei suoi generatori. Partendo però dalla considerazione che per ovviare alle variazioni di potenza vengono utilizzati i generatori rotativi a risposta rapida che in Italia coincidono con una parte del parco dei generatori termoelettrici, si assume pertanto come riferimento per la grandezza delle variazioni tollerabili del

carico la potenza di tali generatori. Uno studio effettuato dall’ENEL negli anni ’80 (mai pubblicato perché riservato) quantificava il limite di allacciamento delle fonti intermittenti intorno al 10-15% della potenza rotativa attiva in rete20. [Domenico Coiante, Fonti rinnovabili in Italia e problematiche per l’applicazione; articolo pubblicato sul sito Aspoitalia 2009].

Il limite dichiarato da altri paesi europei si attesta tra il 25-35%, ma una serie di considerazioni di natura tecnica porta a supporre per l’Italia un valore più basso. Comunque il black out della rete in tutto il Nord Italia, avvenuto la notte del 28 settembre 2003, ha mostrato i limiti della rete. Per un evento casuale ed improvviso la linea di alta tensione che collega la rete italiana con la Svizzera viene interrotta e, per un effetto a catena, si è manifestata una brusca variazione di potenza di circa il 31% che ha messo in crisi il sistema21.

La diffusione territoriale degli impianti rende comunque improbabili brusche variazioni di tutti gli allacci;

pertanto si può valutare più ottimisticamente che la configurazione del parco di generatori termoelettrici presenti nella rete italiana permetta di collegare impianti a potenza intermittente per un massimo pari a circa il (20 –25)% della potenza rotativa attiva in rete. (COIANTE, 2009)

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In realtà il limite dovrebbe riferirsi al totale della potenza rotativa di regolazione connessa istantaneamente alla rete, ossia la potenza di quei sistemi che garantiscono una regolazione istantanea della potenza. Sul piano tecnico si prestano bene a questo scopo i generatori alimentati da combustibili fluidi (olio combustibile, gas naturale). Esistono numerosi studi che indicano tale limite tra il 10-20% della potenza rotativa (A.Van Wijk 1992; I Kurihara 1993).

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Alcuni recenti studi (CESI 2000), riconfermano l’esistenza di tale limite senza però darne una valutazione precisa ribadendo la quota tra il 20-25% della potenza rotativa installata.

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Alle 3.20 del 28 settembre 2003, la potenza presente in rete era costituita da 21000 MW circa con cui veniva fronteggiata la richiesta del carico. Di questa potenza, 3000 MW provenivano dalla Francia e 2000 MW dalla Svizzera, mentre la potenza generata in Italia ammontava a 16000 MW circa. Quindi, secondo lo studio dell’ENEL sopra citato, la capacità di reazione avrebbe permesso di assorbire bene variazioni di potenza fino a 16002400 MW. [Coiante, 2009]

Tale limite tecnico risulta essere ancora più vincolante se si considera che nella situazione attuale l’Italia, pur raggiungendo il limite massimo dell’energia intermittente sopportabile dalla rete, sarebbe ben lontana dal raggiungimento della quota di FER del 17% prevista per il 2020. Il settore della produzione dell’energia elettrica incide circa il 30% dell’intero mercato dell’energia, ..si trova un limite di allacciamento in rete intorno al 20%

della potenza dei generatori convenzionali connessi, che in termini di energia, corrisponde ad un contributo massimo del 7% del bilancio elettrico e di meno del 3% del bilancio energetico complessivo, contributo significativo ma del tutto marginale dal punto di vista ambientale.(COIANTE 2006)

In seguito si vedranno alcune proposte per ovviare a questo limite tecnico per alcune tipologie di FER tramite opportune scelte tecniche e politiche di incentivazione.