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In questi settori sarà anche possibile aumentare l’automazione (come avviene in Olanda per i fiori, ma con un utilizzo inferiore di sostanze chimiche) con conseguente diminuzione dell’import ed aumenti dell’export a tutto vantaggio dell’economia italiana.
L’utilizzo intelligente parte sfruttando i “difetti”
La produzione di energia da fonte discontinua, come il fotovoltaico, pone dei grossi problemi su due ordini: grandezza dei picchi, abbiamo compreso quanta energia si immette in rete e “pulizia” dell’onda. Mentre l’ultimo problema è risolvibile abbastanza facilmente con l’uso di inverter che stabilizzano al meglio l’onda, l’ introduzione di potenze (i nostri picchi) nel circuito non avviene senza problemi: necessita una complessa strategia energetica.
In altri termini l’energia va prodotta al momento della necessità, gli eccessi danneggerebbero pericolosamente la distribuzione (i cavi e gli impianti di trasformazione da Alta Tensione in Media e Bassa). In altri termini è necessario conoscere in quale “canale” si inseriscono gli impianti (Bassa Tensione, Media Tensione, Alta Tensione), sapere le esatte quantità richieste e tutta una serie di dati per pareggiare domanda ed offerta. Il problema di immissione eccessiva di potenza nella rete è ben noto, così come quello della suo mancato approvvigionamento (black-out e danneggiamenti alle apparecchiature elettriche). In questa situazione le fonti rinnovabili discontinue hanno un limite di diffusione: non è ammissibile che una nuvola possa far calare la produzione senza avere la possibilità di essere supportata e/o sostituita con altre fonti nell’arco di pochi secondi.
Ma quali sono le “risposte” intelligenti a questi “difetti”?
Con l’attuale metodologia di gestione della rete è possibile organizzare spegnimenti e diminuzione di produzione di altre centrali (si “staccano” le pale eoliche oppure si diminuiscono i flussi dell’idroelettrico ecc…) fino ad un limiti di circa il 20%.
Il GSE propone inverter controllati tramite la tecnologia diffusa delle onde convogliate: nei piccoli impianti, nei momenti critici, ci sarà la possibilità (“già da oggi”) di controllare da remoto gli impianti per evitare eccessi di produzione.
Una smart grid inverter trasforma la corrente continua in corrente alternata per integrare le fonti di energia rinnovabili come l'energia solare o eolica nella rete elettrica. - Theo Bosma, capo della DNV Research & Innovation di Arnhem.
Altra metodologia che piace molto per uno sviluppo maggiore delle FER è quello degli “smart inverter” o meglio “smart grid inverter”. Questi mezzi di conversione dell’energia da CC (Corrente Continua prodotta dal fotovoltaico) ad AC (Corrente Alternata della rete) faranno parte di una strategia di energy storage di più ampia visione: “Accumulare l’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico consente di disaccoppiare la produzione elettrica dalla immissione in rete” (Solar Energy Report 2012 – Energy Strategy MIP del Politecnico di Milano).
Gli accumulatori di più largo uso sono le batterie e sono, per la piccola taglia, batterie al piombo o batterie agli ioni di litio (esiste una nuova generazione ai polimeri di litio), per la grande produzione esistono le batterie ad alta temperatura (sodio-zolfo o sodio-nichel). Nonostante non esistano attualmente esempi applicativi concreti, il MIP del Politecnico di Milano, sostiene sia possibile utilizzare anche la versione “avanzata” delle batterie al piombo e di quelle al litio (per installazioni off grid): sistemi composti da batterie e regolatori di carica di tipo MPPT (Maximum Power Point Tracking). Ricordiamo gli sforzi finanziari per tali sviluppo di Germania e Cina. Quest’ultima, che punta a divenire un riferimento per tecnologie di accumulo, ha installato un impianto solare fotovoltaico da 40 MW (accoppiato ad un impianto eolico da 100 MW) ed ha realizzato batterie agli ioni di litio (di nuovissima invenzione) per una capacità di stoccaggio di 36 MWh ma con l’obbiettivo di raggiungere i 110 MWh (fonte tratta dai seminari del MIP del Politecnico di Milano).
Tecnologie disponibili per lo storage negli impianti on-grid (tratto da Solar Strategy Report 2012)
Tali tecnologie necessitano investimenti e miglioramenti soprattutto per la produzione ed il contenimento dei costi. Le batterie dovranno inoltre essere costruiste con criteri di sostenibilità ed impatto ambientale ridotto. I prezzi all’utente finale, se non viene incentivata come il fotovoltaico, non permetteranno una diminuzione dei costi di produzione. L’investimento iniziale dovrà essere commisurato ad un’incentivazione per poter sviluppare le varie tecnologie di accumulo e renderle competitive. Attualmente è sconveniente per i privati (in rapporto costi/benefici) ed interessante per certe tipologie industriali.
In Germania è da poco partito (luglio 2013) il famoso incentivo sugli impianti con autoconsumo a batterie. Saranno di nuovo i tedeschi a guidare la fase due del fotovoltaico, quella che si scatenerà con l’autunno grazie agli incentivi alle batterie d’accumulo dell’energia prodotta con i pannelli. L’ultimo rapporto Ims Research, infatti, sostiene che, i sistemi di stoccaggio nell’industria solare, hanno un potenziale enorme su di un mercato totalmente vergine. Nel mondo, secondo la società di consulenza, si passerà da appena 200 milioni di dollari nel 2012 a 19 miliardi nel giro di cinque anni investita negli accumuli.
Mercato dei sistemi di accumulo in funzione dell'applicazione. (Fonte: Boston Consulting Group)
Non esistono solo le batterie. Altre strategie utili sono gli accumuli inerziali: i bacini idrici. Il funzionamento di una centrale idroelettrica è tale per cui necessita di essere “ricarica” d’acqua durante i periodi di basso costo dell’energia (generalmente di notte). Con la disponibilità di grande potenza, durante il giorno, si potrebbe ridistribuire il tutto per un’uso “contrario” : l’acqua verrebbe pompata di giorno dal bacino di valle alla diga per poi essere utilizzata di notte. In questo modo diminuiremmo sensibilmente il consumo da idraulica di pompaggio (circa 1,9 TWh).
Bilancio Elettrico Nazionale 2011 (si omette il 2012 poiché non è stato pubblicato il definitivo) dove è evidenziata la quota di pompaggio per l'idroelettrico con bacini a valle.
Un altro possibile aiuto può darcelo l’aria compressa, considerato un vettore energetico. Strategia tutt’ora molto sottovalutata, a causa di un rendimento piuttosto limitato, può essere interessante il suo impiego in quei luoghi in cui sia necessaria una certa sicurezza.
Un ultima soluzione interessante a cui far riferimento per vettorializzare l’energia elettrica è l’idrogeno. Dal un punto di vista chimico-fisico, presenta caratteristiche simili al metano come le problematiche associate al trasporto (anche se la minor densità energetica implica una minore capacità di flusso); sorgono però ulteriori complicazioni legate alla necessità di impiegare materiali più sofisticati per evitare fenomeni di infragilimento (embrittlement). Un altro vincolo per l’utilizzazione di idrogeno nelle reti di distribuzione del gas naturale è costituito dall’impossibilità di impiegare le stazioni di compressione a causa del loro diverso comportamento. Sono inoltre da considerare problemi non risolti come l’odorizzazione dell’idrogeno e la mancanza, al momento, di adeguate normative. Questi ostacoli non sono però insormontabili.
Degna di nota la facilità di produzione (idrolisi con energia prodotta dalle FER) e la sua grande versatilità: produzione centralizzata o distribuita di energia elettrica, combustione interna (semplice combustibile) ed a cella a combustibile. Da non sottovalutare le basse emissioni allo scarico che lo rendono molto appetibile.
Le celle a combustibile convertono l'idrogeno gassoso in energia elettrica in modo pulito, permettendo la costruzione di veicoli non inquinanti azionati da motori elettrici.
Tutte queste, ed altre, strategie di programmazione dello stoccaggio dell’energia, daranno un forte impulso allo sviluppo di città intelligenti. Lo scenario Europeo delle Smart City (città intelligenti) è oramai disegnato dall’Unione Europea secondo regole già formalizzate nel programma SET PLAN, che ha precise destinazioni riguardo alle integrazioni tra tutte le tecnologie. Il Piano strategico Europeo per le tecnologie energetiche è stato adottato dalla commissione il 22 novembre 2007 ed approvato dal consiglio dell’Unione Europea il 28 febbraio 2008.
Nel prossimo futuro ci saranno tutti gli accumuli che entreranno a far parte di Smart Services di incredibile efficienza e sostenibilità. Già possiamo apprezzare l’integrazione dei servizi di tipo Smart Town del comune di San Giovanni in Persiceto o di quelli del Presentazione Progetto Smart Town Pianezza. Gli ottimi risultati ottenuti in questi comuni, come in altri, stanno creando euforia nel settore delle “smart cose” perchè si potranno creare stili di vita qualitativamente migliori e più sostenibili.
In Italia tale implementazione, del tutto plausibile con le attuali tecnologie, è rallentata da molti fattori.
- La burocrazia: per un impianto fotovoltaico si produce una mole impressionante di “carta” e lavoro d’ufficio che potrebbe essere sostituito da una dichiarazione di conformità dell’allacciamento secondo le regole del GSE.
- L’incertezza legislativa: non si comprende se il legislatore è competente o meno in materia di fonti rinnovabili. Spesso vengono presentate leggi non all’altezza delle tecnologie presenti sul mercato.
- Le prescrizioni della soprintendenza e gli enti preposti alla tutela del paesaggio: per tutelare un patrimonio culturale e paesistico di eccezionale importanza a livello mondiale gli enti propongono soluzioni per soli ricchi. Il paesaggio non si deve tutelare con proposte normative i cui contenuti siano legati a concetti soggettivi di bellezza e di conservazione dello stesso. Il fotovoltaico, ad esempio, mantiene intatto il paesaggio perché non ne altera la morfologia (come invece fanno gli edifici) ma solo l’aggiunta di colorazioni del tutto simili alle acque dei laghi.
Conclusioni
E’ possibile concludere la reale e concreta bontà del sistema FER, nonostante i suoi difetti. Possiamo addirittura definire tali punti deboli una nuova prospettiva di sviluppo. L’energia eccessiva prodotta dalle fonti discontinue, in particolar modo dal fotovoltaico, è già da ora possibile accumularla e ridistribuirla. La rete otterrà maggiori vantaggi ed equilibri da una gestione intelligente (smart grid) ponderando costi/benefici nel prezzo energetico finale. L’utente verrà maggiormente coinvolto e reso consapevole di tutta questa gestione. La partecipazione e la condivisione dell’energia potrà portare ad un cambiamento dello sviluppo sociale.
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