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1 Principi base dell’elettrificazione rurale
off-grid
Molti paesi in via di sviluppo stanno intraprendendo politiche di estensione dell’elettrificazione rurale con l’obiettivo di rendere accessibile l’elettricità alla popolazione sprovvista; disponendo, però, di risorse contenute che costringe loro a selezionare solo un numero limitato di persone ogni anno e a dare priorità tra esse.
Le aree più densamente popolate e vicine alla rete elettrica nazionale sono state le più appetibili. A livello mondiale si osserva una grande disparità tra aree urbane e rurali che dimostra che le utility ed i governi hanno privilegiato le regioni urbane a più alta concentrazione di popolazione rispetto a quelle rurali. (Panel, 2015)
In Figura 1 e Figura 2 si riportano i grafici dell’indice di accesso all’energia elettrica rispettivamente nelle aree rurali ed urbane per i paesi che non hanno ancora completato l’elettrificazione nelle rispettive aree in accordo coi dati Worldbank.
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Figura 2: Accesso all'energia elettrica per popolazione urbana (The World Bank, 2014)
Si osserva una maggior gravità delle zone rurali rispetto alle urbane aggravata ulteriormente per le zone più centrali dell’Africa.
Tale situazione è destinata a peggiorare senza investimenti adeguati. Le stime di IEA prevedono che sono richiesti circa 1000 miliardi di dollari di investimenti dal 2010 al 2030 per completare l’elettrificazione entro il 2030. Gli investimenti attesi per tale periodo, invece, ammontano a meno del 23% di tale somma (296 miliardi di dollari).
Tabella 1: Confronto investimenti attesi e necessari per l’elettrificazione (IEA, World Energy Outlook, 2011)
Investimenti attesi1
(Miliardi di dollari)
Investimenti necessari2
(Miliardi di dollari)
2010-2030 296 1000
Con gli investimenti in programma il numero di persone senza elettricità rimane comunque piuttosto elevato. Osservando la Tabella 2, si osserva nuovamente che la regione più bisognosa è senza dubbio l’Africa; essa ha il numero più alto di persone prive di accesso all’elettricità ed inoltre tale valore aumenta tra il 2010 ed il 2030 nonostante
1 Tale stima compiuta da IEA si riferisce allo scenario “New Policies Scenario” in cui sono inclusi
i nuovi piani ed impegni politici intrapresi dai paesi in via di sviluppo considerati.
2 Tale stima compiuta da IEA si riferisce allo scenario “Energy For All Case” in cui si propone
8 gli investimenti proposti. Osservando il tasso di popolazione priva di elettricità in Africa nella stessa tabella, si osserva che è atteso un suo calo tra il 2010 ed il 2030, mentre il numero assoluto di persone prive di accesso è atteso aumentare. Ciò è spiegabile con un aumento della popolazione che aggrava i bisogni di investimenti attuali già presenti.
Tabella 2: Dati previsionali delle persone prive di accesso all’elettricità (IEA, WEO, 2012)
(in milioni di persone) 2010 2030 Rurale Urbana Frazione priva di accesso3 Rurale Urbana Frazione priva di accesso3 Africa 466 121 58% 539 107 42% Sub-Sahariana 465 121 69% 538 107 49% Developing Asia 595 81 19% 327 49 9% China 8 0 1% 0 0 0% India 268 21 25% 145 9 10% Resto 319 60 36% 181 40 16% America Latina 26 4 7% 8 2 2% Medio Oriente 19 2 11% 5 0 2% Paesi in via di sviluppo 1106 208 25% 879 157 16% Mondo 1109 208 19% 879 157 12%
1.1 Perché ricorrere a soluzioni off-grid
In zone rurali sprovviste di una fornitura di elettricità, le fonti energetiche tipiche utilizzate sono biomasse locali, batterie (pile a secco e ricaricabili) e combustibili se disponibili quali kerosene o diesel, per scopi di illuminazione, ricarica di cellulari o utilizzo di piccoli dispositivi quali radio. Il costo che gli abitanti devono sostenere per tali
3 Rappresenta la frazione di abitanti privi di accesso all’elettricità, quindi includendo popolazione
9 fonti è molto elevato; in Haiti si arriva persino ad oltre 100 $/kWh per la ricarica di un cellulare.
Figura 3: Costo dell'energia per abitante e scopo in Haiti (EUEI PDF, 2014)
Le soluzioni tecniche principali si possono distinguere in due categorie:
• On-grid: questa soluzione prevede l’estensione della rete elettrica nazionale verso l’area da elettrificare.
• Off-grid: la seconda possibilità prevede la realizzazione di impianti di produzione locali isolati dalla rete elettrica nazionale. Queste saranno dettagliate nei capitoli successivi.
La prima soluzione è stata quella più ampiamente utilizzata. Il motivo di ciò è da ricercare nel fatto che tale soluzione è spesso usata come strumento politico dai governi che danno priorità alle zone suburbane o urbane di maggior influenza in modo da assicurarsi maggior consenso. In campagne politiche irrealizzabili è possibile trovare la promessa dell’estensione della rete nazione a tutti anche quando ciò non è possibile specie per i villaggi rurali più remoti. Ciò limita lo sviluppo delle soluzioni off-grid in quanto gli abitanti domestici tendono ad aspettare l’arrivo della rete nazionale ed i settori produttivi non investono nell’elettrificazione off-grid, impedendo quindi lo sviluppo di tale settore con conseguenze che possono arrivare persino al fallimento delle aziende operanti. (ARE, Mini-grid, 2011)
I dati IEA in Tabella 1 confermano quantitativamente la maggior attenzione data verso l’elettrificazione urbana piuttosto che quella rurale.
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Tabella 3: Tasso di elettrificazione nei paesi in via di sviluppo riferiti all’anno 2012 (IEA, WEO, 2014) Tasso di elettrificazione (%) Tasso di elettrificazione Urbano (%) Tasso di elettrificazione Rurale (%) Africa 43% 68% 26% North Africa 99% 100% 99% Sub-Saharian 32% 59% 16% Developing Asia 83% 95% 74% China 100% 100% 100% India 75% 94% 67% Sud-Est 77% 92% 65% Altro 61% 82% 52% America Latina 95% 99% 82% Medio Oriente 92% 98% 78% Mondo 82% 94% 68%
Dal punto di vista tecnico-economico la scelta tra le due soluzioni on-grid o off-grid dipende dal carico atteso nell’area da alimentare e della sua collocazione in termini di distanza dalla rete nazionale, morfologia del territorio e nazione.
L’estensione della rete nel metodo on-grid consiste nell’ampliamento della rete a più alta tensione, media tensione (MT) o alta tensione (AT), per contenere le perdite di energia e le cadute di tensione. Tipicamente le località rurali sono molto distanti dalla rete nazionale, che spesso non è molto diffusa, e ciò rende non fattibile l’utilizzo di linee ad alta tensione il cui costo può superare i 30,000 US$/Km (EUEI PDF, 2014). Lo stato del terreno e la presenza di foreste o montagne rendono difficile l’accesso del sito alle macchine causando dilatazione dei tempi di costruzione e quindi costi più elevati. Il costo al chilometro della linea in media tensione dipende notevolmente dall’area di sviluppo in quanto il costo della manodopera e dei materiali cambia molto come evidenziato in Tabella 4. I costi per chilometro di una linea in media tensione può arrivare anche oltre i 19,000 US$.
Tabella 4: Costo per linee rurali in media tensione (in US$/Km) (ESMAP, RCGERE, 2000)
Nazione Tensione (kV) Materiali ($) Manodopera ($) Altro ($) Totale ($/km)
11 Laos 22 kV 7,230 480 940 8,650 El Salvador 13.2 kV 6,160 2,090 - 8,250 Bolivia 34.5 kV 7,190 1,460 1,790 10,440 India 11 kV 1,191 500 240 2,650 Bangladesh 11 kV 6,340 350 - 6,690 Mali - 15,170 2,590 1,310 19,070 Kenya 11 kV 5,960 2,020 4,570 12,550 Senegal 1 30 kV 5,080 970 1,130 10,650 Senegal 2 30 kV 10,810 1,470 3,680 15,960
Ciascun livello di tensione è associato a determinati livelli di carico; se il livello di carico non è opportuno si possono verificare cali nella qualità del servizio e disservizi.
L’estensione della rete su sistemi deboli può aggravare la situazione già labile: se da un lato l’estensione della rete permette di aumentare la domanda, dall’altro è necessario che ci sia sulla rete potenza sufficiente a sostenere il nuovo carico o provvedere ad installarla; altrimenti ci sarà un calo della qualità del servizio.
Dal punto di vista dei clienti il prezzo dell’energia nazionale è tipicamente sempre inferiore rispetto alla tariffa fornita da sistemi off-grid: in Africa il prezzo dell’elettricità nazionale varia da meno di 0,10 US$/kWh fino ad oltre 0,30 US$/kWh4 (The World Bank, 2014).
Le stime IEA prevedono che solo il 30% delle aree rurali siano connesse con soluzioni on-grid; del restante 70%, il 65% con mini-grid ed il restante con stand-alone systems. (IEA, WEO, 2012)
4 Intervallo ottenuto dai dati Worldbank accedendo il 15/08/2015 e confrontando gli ultimi dati
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1.2 Soluzioni tecniche off-grid: caratteristiche ed
elementi chiave
Quando l’elettrificazione per via dell’estensione della rete nazionale non è economicamente fattibile, si analizzano le alternative off-grid. In letteratura ricorrono spesso i termini Mini-grid e Stand-alone systems, ma non è stata ancora ben definita una nomenclatura unica e precisa.
Una possibile definizione delle mini-grid può essere la seguente: reti di produzione locali che sfruttano risorse locali e gestiscono autonomamente il bilancio di energia elettrica in tale area5. Gli stand-alone systems, invece, sono dispositivi che provvedono all’alimentazione di singole unità, quali, ad esempio, abitazioni.
In accordo con IRENA, la caratterizzazione di tali sistemi può essere fatta in base ad una molteplicità di elementi tra cui:
• Tipo di servizio: capacità di erogare potenza ed energia nel tempo • Porzione di produzione/consumo/vendite di energia da fonte rinnovabile • Soggetti serviti (persone, abitanti, servizi pubblici come ospedali) • Investimento richiesto
• Livello e tipo di tensione (AC, DC, AC/DC) • Numero di fasi (trifase, monofase)
• Capacità di generazione • Taglia del generatore
In Tabella 5 sono riassunte alcune possibili caratteristiche suggerite da IRENA
Tabella 5: Possibili caratterizzazioni delle soluzioni off-grid (IRENA, Off-grid RES, 2015)
Stand-alone systems Grids
5 Tale definizione è ottenuta dalla traduzione dalla definizione originale in:“local producer
networks that use distributed energy resources and manage local electricity supply and demand”, Lilienthal (2013)
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DC AC AC/DC AC
Sistema Solar lighting kits DC Solar home systems AC Solar home systems; singlefacility AC systems Nano-grid Pico-grid Micro-grid Mini-grid Full-grid
Uso Illuminazione Illuminazione e dispositivi Illuminazione e dispositivi Illuminazione e dispositive, fornitura d’emergenza Tutti Tutti Clienti Residenziali Comunità Residenziali Comunità Comunità Commerciali Comunità Commerciali Comunità Commerciali Industriali Elementi chiave Generazione, Accumulo, Illuminazione, Caricabatterie Generazione, Accumulo, Particolare dispositivi DC Generazione, Accumulo, Illuminazione, Dispositivi AC, No rete di distribuzione Generazione, Distribuzione monofase Generazione, Distribuzione trifase, Controllo Generazione, Distribuzione trifase, Trasmissione
Una comune catalogazione riportata in tabella è basata sulla taglia dei generatori:
Tabella 6: Classificazione per taglia dei sistemi off-grid
Classificazione off-grid Taglia (kW) Stand-alone systems 0÷1
Pico-grid 0÷1
Nano-grid 0÷5
Micro-grid 5÷100
Mini-grid 0÷100.000
In letteratura si osserva che il termine Mini-grid è utilizzato per riferirsi sia agli impianti di più alta taglia che ad indicare la intera famiglia di queste soluzioni “-grid”.
Negli ultimi anni si sono sviluppate soluzioni dette ibride in cui l’energia elettrica può provenire da più fonti come ad esempio dalla diesel e solare-fotovoltaica. L’utilizzo di fonti rinnovabili è ancora più marcato negli stand-alone systems in cui la fonte principale è la solare-fotovoltaica, a cui si affiancano in parte minore l’eolico e il piccolo idroelettrico.
1.2.1 Mini-grid systems
Questi sistemi si stanno affermando come la soluzione capace di elettrificare in modo rapido, con qualità comparabile a quella della rete nazionale e in modo economicamente sostenibile, aree rurali anche inaccessibili specie se integrata con
14 generazione rinnovabile. (EUEI PDF, 2014) A tal proposito, durante la “SE4ALL Energy Access Committee” tenutasi a Vienna il 28 Aprile 2014 è stato affermato:
“The major hurdles in the success of mini-grids are not technology-related. There are no significant technology barriers that hinder mini-grids whether they are powered by diesel generators, renewable energy or a combination of both (hybrid systems).” (Committee, 2014) (EUEI PDF, 2014)
Le mini-grid prevedono la realizzazione di un impianto locale dotato di gruppo di generazione e rete di distribuzione locale capace di alimentare i clienti limitrofi in assenza della rete nazionale. Pertanto sono la soluzione preferibile quando la densità di carico è sufficiente da rendere l’investimento economicamente sostenibile.
La produzione è gestita da un operatore con diverse possibili modalità a clienti sotto opportuna retribuzione o partecipazione finanziaria. (ARE, Technological, 2011)
La soluzione tecnologica dipende fortemente dal sito considerato in base alle risorse accessibili ed al loro costo e tipicamente è costituita da generazione diesel che, però, soffre della fluttuazione del prezzo del combustibile specie in questi anni. Ciò rende più rischioso e lento il rientro dell’investimento. Per le zone rurali, inoltre, tale prezzo è aggravato dal costo del trasporto che può pesare tanto quanto quello del combustibile. (IRENA, Off-grid RES, 2015) Di contrasto gli sviluppi tecnologici hanno reso le fonti rinnovabili competitive con la generazione diesel tanto da rendere vantaggiosa l’integrazione delle fonti rinnovabili sia negli attuali impianti esistenti che per quelli nuovi. Addirittura, per alcuni di quest’ultimi, possono essere utilizzate solo fonti rinnovabili. (EUEI PDF, 2014)
Le maggiori agenzie internazionali tra cui IRENA, REN21 ed ARE hanno evidenziato che combinare più fonti sia una soluzione molto vantaggiosa economicamente. (ARE, Mini-grid, 2011) (IRENA, Off-grid RES, 2015) (REN21, Renewables Status, 2013) Ciò è verificabile stimando il costo LCOE delle soluzioni diesel con quelle ibride e le preferibili sono quest’ultime. (EUEI PDF, 2014)
L’utilizzo di accumulatori risulta tanto più utile quanto è ampia la produzione da fonte rinnovabile in modo da poter accumulare l’energia in eccesso in certe ore con cui sopperire le carenze di produzione in altre. In assenza di fonti rinnovabili, come nel caso
15 di mini-grid diesel, gli accumulatori sono comunque utili in quanto introducono una maggior affidabilità e possono permettere di installare un generatore di taglia più piccola che potrà lavorare in condizioni più prossime a quelle nominali, quindi a più alto rendimento ed affidabilità. Ciò si traduce in minori costi di manutenzione, di combustibile e a minori emissioni nocive. (K. Kusakana, 2011)
Mini-grid progettate ed esercite in modo adeguato permettono di fornire una continuità di servizio uguale a quella della rete nazionale se non superiore a seconda della qualità di quest’ultima. Rendono possibile l’utilizzo di tutti i dispositivi comunemente utilizzati con benefici che vanno dal fornire i servizi domestici (illuminazione, acqua corrente, frigoriferi), ai servizi pubblici e attività produttive locali.
La tecnologia realizzativa di queste soluzioni le rende modulari per cui la dimensione dell’impianto può crescere con l’aumentare del carico diluendo quindi l’investimento nel tempo e aumentando il NPV rispetto a soluzioni non modulari.
Con particolari accorgimenti le reti mini-grid possono essere interconnesse tra loro o con la rete nazionale così da poter aumentare il bacino di utenza e sostenere la tensione di rete. In caso di blackout, possono comunque lavorare in isola così da mantenere alimentato il carico locale ed intervenire successivamente per un ripristino più rapido della rete nazionale. (ARE, Technological, 2011) Dal punto di vista tecnico, l’integrazione è indubbiamente vantaggiosa, però economicamente può risultare problematica se non opportunamente regolata in quanto l’ingresso della rete nazionale introduce il prezzo nazionale dell’energia ai clienti locali che spesso è concorrenziale rispetto a quello della mini-grid; per cui potrebbe limitarne il ritorno dell’investimento. Tale rischio è un deterrente per gli investitori che può essere limitato dai governi, da un lato sviluppando una normativa appropriata che chiarisca i piani di estensione della rete e, dall’altro, definendo accordi preventivi sulla tariffa con l’investitore mini-grid. (EUEI PDF, 2014) Per confronto riporto in tabella i prezzi tipici da mini-grid e rete nazionale:
Tabella 7: Confronto tra la tariffa nazionale e quella da mini-grid (EUEI PDF, 2014)
Tariffa
Rete nazionale 0,04 (incentivate)÷0,23 €/kWh Mini-grid 0,10÷1,20 €/kWh
16 Le dimensioni tipiche di questi impianti sono piccole, spesso inferiori ai 10 MW e tipicamente compresi tra 3 e 300 kW con livelli di tensione in bassa di 220VAC o 380VAC o 11kVAC per le più grandi dotate anche di una rete di distribuzione in media tensione. (EUEI PDF, 2014) (ARE, Technological, 2011) (IRENA, Off-grid RES, 2015) I bassi livelli di carico che, in aggiunta, sono da dividere tra tutti i clienti, rendono più difficile la gestione dell’impianto. Pertanto risulta necessario che vengano definite regole e strutture tariffarie adeguate per evitare conflitti e congestioni.
Dal punto di vista economico, i costi associati alle mini-grid derivano dall’investimento, dalle autorizzazioni e dai costi di esercizio O&M&M (Operation, Managment, Maintenance) che sono coperti da sovvenzioni, spesso necessarie, e dai ricavi dipendenti dalla domanda locale, dalla tariffa e dagli allacci. In zone rurali, però, è più difficile riscuotere a causa della minor capacità di pagamento; infatti nel 75% della popolazione dispone di meno di 4,10$ al giorno (123,00 US$/mese). (IEA, PVPS, 2012) Pertanto il rischio di mancato ritorno dell’investimento è elevato ed il settore privato risulta scoraggiato, però d’altro canto è necessario perché il pubblico dispone di risorse limitate. Molti progetti fallimentari si sono soffermati sugli aspetti socio-economici tralasciando quelli di budget tra cui in particolare la sostenibilità a lungo termine dell’investimento. Per evitare ciò è consigliabile sviluppare un piano di sostenibilità finanziaria per tutta la durata dell’investimento, anche di 25 anni; così da rassicurare gli investitori e le popolazioni circa questa tecnologia permettendone uno sviluppo più rapido.
L’integrazione con le comunità locali con training adeguato è fondamentale per realizzare la presa di coscienza della tecnologia e dell’uso appropriato dell’energia. (EUEI PDF, 2014)
Cause comuni di fallimenti di progetti sono di seguito riportate: • Dati scarsi e poco accurati in particolare per la stima del carico
• Aver trascurato i costi della gestione e delle transazioni nel calcolo della tariffa
• Struttura tariffaria non flessibile
17 • Gestione fallimentare ad esempio con previsioni errate di manutenzione • Non aver previsto la sostenibilità a lungo termine
• Processi autorizzativi lenti
• Incapacità di manager, operatori e tecnici • Normativa non adeguata
Complessivamente, risulta che a livello tecnico le mini-grid sono una soluzione efficace per l’elettrificazione, ma il freno alla loro diffusione è rappresentato dagli aspetti socio-economici, normativi, politici, economici e finanziari.
1.2.2 Stand-alone systems
In caso di basso carico e disgregato sono preferibili impianti singoli dedicati per ciascuna unità. Tali soluzioni prendono nome di Stand-alone systems (SAS) e sono comunemente costituiti da impianti basati su pannelli solari PV, detti Solar Home Systems, o piccoli generatori diesel (EUEI PDF, 2014) o altre soluzioni basate su produzione da vento, i Wind Home Systems, o dal piccolo idraulico inferiore ai 5 kW tipicamente. (ARE, Mini-grid, 2011)
Tutte le soluzioni sono di taglia piccola, i SHS tipicamente inferiori ai 100Wp, (REN21, RGS, 2015) per cui possono provvedere ad alimentare piccoli dispositivi a basso carico. Trovano applicazione nella illuminazione o caricabatterie permettendo la sostituzione di batterie e lampade a kerosene e quindi un risparmio economico con migliorate condizioni igieniche. (EUEI PDF, 2014)
Dal punto di vista tecnico i SAS da fonte rinnovabile sono costituiti dal dispositivo di generazione abbinato a batterie in modo da poter consumare l’energia in periodi diversi dalla produzione a discrezione del cliente.
Esiste un’ampia varietà di questi dispositivi con potenze da pochi watt fino anche oltre i 100 Wp; quelli di potenza più bassa permettono l’alimentazione di dispositivi unicamente di illuminazione. Al suo aumentare, invece, anche dispositivi di più alto consumo quali radio o televisioni. Ad esempio un SHS da 50 Wp può alimentare quattro lampade per 3÷4 ore e una radio o televisione per poche ore. (ARE, Mini-grid, 2011)
Il limite più grosso, però, è rappresentato dal costo iniziale di cui se ne riportano alcuni esempi in Tabella 8.
18
Tabella 8: Confronto costi di alcune soluzioni stand-alone (ARE, Mini-grid, 2011) (IEA, PVPS, 2012)
Taglia (Wp) US$ SHS Lanterna solare 36÷120 10 806 20 1606 45 4006 50 600 75÷85 422 (di investimento) 322 (al cliente)7 WHS 400 6008
Tenuto conto degli stipendi delle persone rurali il costo di una di queste soluzioni può rappresentare diverse settimane di risparmi; pertanto, per i più poveri, è necessario predisporre di sistemi di credito finanziario per rendere accessibili queste soluzioni anche a loro.
1.2.3 Confronto
Complessivamente si possono sintetizzare di seguito gli elementi principali delle due soluzioni:
Tabella 9: Tabella di confronto tra Mini-grid e Stand-alone systems (ARE, Technological, 2011)
Mini-grid Stand-alone system
Densità di carico Medio-Alta Bassa
Clienti serviti
Interi villaggi, Unità commerciali,
Servizi pubblici
Singole unità abitative
6 Costo erogato in China per il programma Renewable Energy Development
Project (REDP)
7 Il costo originario in euro è stato convertito in dollari col tasso 1€ = 1,10951US$ del 17-08-2015.
Fonte: Endev (https://energypedia.info/wiki/Solar_Home_System_(SHS)_Costs)
8 Tale prezzo si riferisce alla soluzione Southwest Windpower Air X con pale di 1,15m di diametro,
di potenza 400W con velocità del vento di 24 nodi (12,5m/s) ( http://www.energymatters.com.au/southwest-windpower-marine-air-x-12volt-400watt-wind-turbine-p-1133.html)
19 Relazione con la rete
nazionale Lontano dalla rete elettrica nazionale
Potenza 0÷100.000 kW 20÷250 W SHS
0÷5.000 W WHS, idraulico
Utilizzo
dell’elettricità Equivalenti alla rete nazionale
Illuminazione Caricabatterie
Radio/Tv Piccoli frigoriferi
Qualità del servizio Equivalente alla rete nazionale Potenza bassa ed energia limitata
Ruolo delle istituzioni Sviluppo del mercato Riduzione delle imposte
Critica
Normativa chiara e stabile
Costo 0,25÷1,00 US$/kWh 0,40÷0,60 US$/kWh SHS
0,15÷0,25 US$/kWh WHS
1.3 Benefici
Studi eseguiti su siti rurali monitorati a lungo, hanno rilevato benefici economici, sociali e ambientali consistenti. Le seguenti considerazioni sono la sintesi tra i rapporti ARE, ESMAP, Worldbank, ASEAN e IEA e alcuni articoli IEEE. (ARE, Technological, 2011) (ESMAP, Philippines study, 2002) (The World Bank, 2008b) (ASEAN, 2013) (IEA, Comparative study, 2010) (Gwenaelle.M.B. Legros, 2003) (Kamalapur G D, 2008) (NORPLAN, 2012) (ESMAP, Peru Surveys, 2010) (Alstone, Niethammer, Mendonça, & Eftimie, 2011)
Economici
• Creazione di posti di lavoro: direttamente o indirettamente per l’indotto collegato, ad esempio in Sud-Africa 6000 posti di lavoro nell’anno 2008/2009 (IEA, Comparative study, 2010). Questo aspetto è fortemente desiderato dalle autorità locali e talvolta risulta un parametro di scelta per lo sviluppo di progetti in tali aree. (REN21, Renewables Status, 2013). • Sviluppo di piccole attività produttive: spesso agricole e casalinghe, anche
per le donne, per esempio compravendita di cibo per chi dispone di frigoriferi.
• Stipendi aumentati: stimati per 34,00 US$/mese per attività esistenti, 75 US$/mese per le nuove attività in casa.
20 • Risparmio economico: in altre forme di energia quali candele, lampade a kerosene o batterie. Per l’illuminazione sono stimati risparmi per 36,75 US$/mese mentre per l’uso della televisione 19,60 US$/mese.
• Migliori condizioni di lavoro: consistenti in livelli di sicurezza più elevati e nella maggior rapidità di esecuzione delle stesse attività.
Sociali
• Maggior diffusione di dispositivi elettrici: quali lampade, radio, televisioni, computer, caricabatterie, frigoriferi, pompe idrauliche e desalinatori.
• Migliori condizioni igienico-sanitarie: grazie all’utilizzo dei frigoriferi e dispense, alla migliore qualità dell’aria nei locali per l’illuminazione elettrica, e per la presa di coscienza delle pratiche igieniche tramite la maggior diffusione di radio e tv. Inoltre permette l’utilizzo di dispositivi a scopo medico migliorando la qualità degli ospedali e la possibilità di mantenere i vaccini in celle frigorifere.
• Sicurezza e confort in casa: grazie alla maggior illuminazione e l’uso di dispositivi elettrici.
• Aumento del ruolo della donna,
• Uso del tempo: l’impiego dell’illuminazione elettrica aumenta le ore disponibili permettendo l’utilizzo delle ore serali per attività prima diurne, per la lettura, per attività collettive o altro. Possono anche essere evitate l’uso delle ore più calde traslando tali attività in orari più freschi. Il risparmio sul tempo speso nei lavori di casa sono stimati 24,50 US$/mese. • Educazione e istruzione: i bambini hanno più ore da poter dedicare allo studio, anche se in parte erose dall’uso delle televisioni, dispongono di mezzi più adeguati. Inoltre l’elettricità può essere un catalizzatore per attrarre insegnanti qualificati e per disporre di scuole con attrezzature più adeguate.
• Comunicazione: l’elettrificazione off-grid è integrabile con l’installazione di ripetitori telefonici come affermato da molti operatori. (GSMA, Using Mobile to Extend the Grid, 2010)
21
Ambientali
• Minori emissioni di gas serra: per mezzo dell’uso più efficiente dell’energia e la sostituzione di dispositivi ad alto inquinamento (candele, kerosene, biomassa) per usi a basso contenuto energetico quali, per esempio l’illuminazione.
1.4 Qualità del servizio
La soddisfazione dei clienti rurali è fortemente dipendente dalla qualità fornita; in particolare indagini, effettuate in alcuni paesi africani, hanno verificato che sono disposti a pagare di più ma per servizi più adeguati sempre che tale tariffa sia inferiore al costo di autoproduzione. (EUEI PDF, 2014)
I progetti rurali devono essere ben dimensionati per fornire la qualità compatibile con le richieste economiche e la fattibilità tecnico-economica. Il problema è delicato perché in caso di sotto-dimensionamento, gli investitori risparmiano in termini di costi d’installazione ma creano scontento nei clienti con rischio di mancati guadagni e sfiducia verso la tecnologia; dall’altro, in caso di sovra-dimensionamento, il rischio è il mancato recupero del capitale investito.
In alcuni paesi non è presente ancora una normativa che imponga certi standard di qualità per l’alimentazione rurale, però a livello internazionale si stanno sviluppando. In particolare la loro osservanza è obbligatoria per gli stati che hanno aderito, consigliata per gli altri. Però è facile supporre che le normative nazionali tenderanno ad avvicinarsi a quelle internazionali. Si osserva che tali standard devono essere realistici, monitorabili ed economicamente viabili ma soprattutto tarati sulla base della situazione locale (Kilian Reiche, 2006).
Un elemento importante da considerare è il numero di ore di disponibilità giornaliera del servizio. Esistono casi, come il programma di elettrificazione rurale
22 indiano RGGVY9, in cui le specifiche minime impongono di garantire almeno 6-8 ore di elettricità al giorno. (RGGVY, -) Tali garanzie sono relativamente basse in confronto con la disponibilità della rete nazionale, tant’è che persino gli operatori telefonici con i ripetitori spesso localizzati in zone remote, sono stati costretti a dotarsi di una fonte di backup in caso di blackout della rete. A titolo di esempio riporto il grafico della disponibilità dell’elettricità per tali ripetitori per le regioni indiane; si osserva che la disponibilità media della rete è di 16,2 ore/giorno.
Figura 4: Disponibilità della rete per ripetitori telefonici (Chattaraj, 2011)
In questo scenario, le soluzioni off-grid, se ben progettate, possono provvedere a fornire un servizio persino anche più affidabile della rete nazionale stessa. (Krzysztof Górecki, 2014)
La qualità di servizio migliore è potenzialmente fornita dalle mini-grid che possono erogare il servizio con qualità comparabile a quella della rete nazionale con disponibilità continua specie se l’impianto dispone di un gruppo diesel come backup.
9http://www.rggvy.gov.in/rggvy/rggvyportal/index.html 19,1 13,8 7,4 18,9 21,5 13,8 19,1 17,2 7,2 18,5 20,7 19,5 12,7 18,1 20,7 13,8 18,319,3 16,7 20,3 8,810,4 0 5 10 15 20 25 N° di ore
Disponibilità della rete per giorno (ore)
23 Nelle soluzioni stand-alone, se la fonte è diesel, la disponibilità dell’elettricità dipende da quella del carburante e del suo corretto approvvigionamento, se rinnovabile invece dalla disponibilità istantanea della risorsa (solare, eolico e idrico fluviale). A causa di ciò, tipicamente, le soluzioni rinnovabili sono abbinate ad accumulatori così da permettere la disponibilità del servizio anche in periodi in cui la risorsa fosse poco disponibile o assente. La dimensione dell’accumulo e delle richieste del carico determinano la durata massima del servizio in assenza della fonte energetica primaria. Tipicamente i piccoli SHS permettono l’alimentazione di lampade per poche ore il giorno, i più grossi possono anche fornire diversa energia tale da alimentare dispositivi più impegnativi.10
Oltre alla disponibilità dell’energia elettrica, è necessario assicurarne la qualità in termini di forma d’onda, frequenza e ampiezza. In particolare indagini condotte su impianti industriali rurali hanno evidenziato la presenza di danneggiamenti a seguito di livelli inadeguati di tensione. (Koval & J.J, 1991) (Don 0. Koval, 1993) Le variazioni di frequenza tipicamente non influenzano i dispositivi domestici tipici, mentre può succedere su dispositivi elettronici sensibili. (Peter Janiga, 2014) I problemi tipici derivanti sono riepilogati in Tabella 10.
Tabella 10: Danni tipici a seguito di livelli di qualità non adeguati
Problema Danni tipici
Basso livello di tensione
• Fuori servizio prematuro di motori • Problemi sui trasformatori
• Spegnimento di pompe • Problemi nel controllo di velocità di
motori
Alto livello di tensione • Rottura di lampade
• Rottura del ballast per lampade a scarica
Sovratensioni/Impulsi • Danni a componenti elettronici in genere
10 Ad esempio il sistema LEONICS SHS-04000 (Moduli solari per una potenza totale di 4kWp ed
un inverter APOLLO S-218C da 3,5kW) può permettere l’alimentazione di tutti i dispositivi tranne i condizionatori. Rende disponibili circa 12kWh il giorno con 8 batterie da 12V x 200 Ah ciascuna. (http://www.leonics.com/)
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• Danni a Computer o Monitor
Variazioni di frequenza • Problemi su componenti elettronici sensibili
