Ibridazione energetica: il meglio dei due mondi
Francesc Filiberto, BNZ, Italia, piega perché l’ibridazione solare-eolica è il prossimo passo per le energie rinnovabili in Europa meridionale in questo articolo pubblicato da Energy Global.
Oltre 2700 anni fa, il grande sapiente Omero disse: “Non esistono invano i deboli, se uniscono le forze”. Anche se sappiamo che la sua frase non aveva nulla a che fare con il mondo dell’energia, tanto meno con le energie rinnovabili, questa citazione può comunque avere un significato per il settore. Le cosiddette fonti di energia “verde” apportano incredibili benefici al pianeta, ma l’umanità è solo nella fase iniziale dello sviluppo dei progetti di energia rinnovabile; ci sono ancora molte forze che devono unirsi per ottenere un’energia migliore usando meno risorse. In breve, è una questione di efficienza e, soprattutto, di ibridazione.
Questa parola, sempre più utilizzata nel mondo dell’energia, ha perfettamente senso quando si spiega che il suo scopo è di provare a generare elettricità da diverse fonti di energia rinnovabile, principalmente solare ed eolica, utilizzando un punto di allacciamento comune. In questo modo è possibile ottimizzare innanzitutto gli allacciamenti alla rete. Potrebbero essere inclusi anche sistemi di stoccaggio che contribuiscono ulteriormente a modulare la produzione sulla domanda e a partecipare ai servizi di regolazione. Tuttavia, questo approccio solleva centinaia di questioni tecniche su come ottenere un’ibridazione perfetta.
Energia ibrida
Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) evidenzia le opportunità innovative per stimolare la ricerca congiunta sui sistemi energetici ibridi nella sua ultima relazione “Hybrid Energy Systems: Opportunities for Coordinated Research“. Il rapporto, frutto della collaborazione tra il DOE e nove laboratori statunitensi, afferma che i sistemi energetici ibridi che integrano più sistemi di generazione, stoccaggio e conversione dell’energia possono svolgere un ruolo importante nella decarbonizzazione dell’economia statunitense. Questi sistemi possono produrre materie prime di alto valore come l’idrogeno, alimentare le attività industriali e fornire una maggiore flessibilità della rete per aumentare la diffusione delle tecnologie rinnovabili.
Quali sono i vantaggi? È tutto così semplice come sembra? È chiaro che il vantaggio maggiore è il miglioramento del fattore di carico nei punti di allacciamento, poiché aumenta l’energia immessa attraverso lo stesso nodo. Inoltre, dal punto di vista del consumo, la qualità e la stabilità dell’approvvigionamento sarebbero migliorate e la rete più stabile, poiché la produzione di energia solare e di quella eolica sono relativamente complementari. Osservando le curve di produzione di queste due fonti energetiche, è evidente che i picchi di ciascuna di esse si trovano in fasce diverse, per cui questa complementarietà consente di ottimizzare la connessione alla rete.
Secondo l’Agenzia australiana per le energie rinnovabili (Arena), le tecnologie ibride presentano anche altri vantaggi, come la riduzione del rischio per gli investitori e la garanzia di affidabilità e convenienza immediata. Inoltre, possono favorire una transizione più agevole verso una maggiore produzione di energia rinnovabile in futuro. In Australia, ad esempio, il progetto di integrazione rinnovabile di King Island è un sistema energetico leader a livello mondiale che soddisferà oltre il 65% del fabbisogno energetico di King Island utilizzando energia rinnovabile (eolica e solare), riducendo le emissioni di anidride carbonica dell’isola di oltre il 95%. È necessario sottolineare che King Island non è collegata alla rete elettrica continentale.
L’obiettivo principale dell’ibridazione deve essere quello di unire diverse energie rinnovabili in un unico nodo, in modo che possano coprire gran parte del carico di base ed eventualmente sostituire altre tecnologie, come ad esempio l’energia nucleare. Questo potrebbe quindi ridurre la complessità della rete e contribuire a semplificare la gestione quotidiana dell’energia. Inoltre, secondo l’Associazione dei produttori di fonti energetiche rinnovabili (APPA), l’ibridazione consente di risparmiare tra il 10% e il 15% su CAPEX e OPEX per i nuovi progetti rinnovabili.
Impatto sul territorio
D’altra parte, però, bisogna considerare che le energie rinnovabili hanno un evidente impatto sul territorio a causa della grande quantità di spazio richiesta, quindi un progetto deve essere pianificato e realizzato con attenzione per ridurre al minimo l’impatto sull’ambiente circostante. Gli impianti devono essere il più possibile integrati nell’ambiente; non possono essere progettati senza tenere conto di criteri paesaggistici e ambientali solo perché producono energia verde. Si tratta di studiare bene il territorio, considerando sempre un impatto positivo per tutti gli impianti che si progettano.
La posizione
E qui sta la maggiore complessità dell’ibridazione: l’ubicazione. I parchi eolici sono situati in aree con sufficiente esposizione al vento, a volte montuose, mentre per gli impianti solari è preferibile un terreno più pianeggiante. BNZ sta studiando progetti di questo tipo nel nord del Portogallo, anche se lo sviluppo di un impianto solare presenta notevoli difficoltà a causa della topografia del territorio, che comporterà una riduzione della capacità di generazione di questo tipo di energia. In ogni caso, è chiaro che entrambe le forme di produzione possono coesistere ed è compito dei progettisti trovare un equilibrio tra le due tecnologie.
In alcuni Paesi e regioni in via di sviluppo, come l’India, l’ibridazione è stata un’iniziativa importante per fornire energia completa a una comunità che non ha accesso all’elettricità. In questi casi, però, il paesaggio e l’ambiente passano in secondo piano, con l’obiettivo di dare priorità all’accesso all’elettricità nella comunità. È importante anche il progetto Asian Renewable Energy Hub (AREH), che prevede l’installazione di circa 7,5 GW di energia eolica ibrida con 3,5 GW di energia fotovoltaica in Australia nel 2023, con l’obiettivo di esportare 40 TWh di energia pulita in Indonesia e a Singapore. In Europa, invece, lo sviluppo dell’ibridazione è in ritardo.
Tuttavia, esistono già alcuni progetti pilota nel sud della Spagna, dove, oltre a disporre di un’ampia superficie per lo sviluppo dell’energia solare, esistono anche ottime condizioni per generare energia eolica. A Cadice, ad esempio, la provincia più meridionale della Spagna continentale, nel 2018 sono già stati avviati progetti da Vestas e EDPR. Quest’ultima società ha anche annunciato l’anno scorso la costruzione dei primi impianti ibridi eolici e fotovoltaici di natura prettamente commerciale in Spagna. L’idea è quella di utilizzare la capacità solare assegnata all’epoca nell’asta per le rinnovabili per espandere la capacità di quattro parchi eolici, sfruttando l’infrastruttura di erogazione dell’energia esistente e aumentando la produzione e la redditività dell’intero impianto.
La normativa sta diventando sempre più favorevole a questo tipo di progetti ibridi nell’Europa meridionale. In Spagna, il Regio Decreto 1183/2020 riconosce gli impianti ibridi come la combinazione di due moduli di generazione a tecnologia rinnovabile. In Portogallo, invece, la legislazione su questo aspetto sarà presto introdotta e si prevede che sarà ancora più facile da sviluppare. Nel frattempo, in Italia, invece, le condizioni geografiche di regioni come la Puglia o la Sicilia fanno sì che l’energia solare ed eolica coesistano già oggi sullo stesso territorio.
Ibridazione con sistemi di accumulo
La legislazione spagnola non regola ancora l’ibridazione che integra i sistemi di accumulo, anche se rispetto alla legislazione precedente è vero che è stata eliminata la vaghezza giuridica che esisteva riguardo all’accumulo nella legge 24/2013 sul settore elettrico. Ci sono altri Paesi, come il Regno Unito, che stanno studiando una riduzione del carico della connessione alla rete di distribuzione per lo stoccaggio, cercando di incentivarne l’integrazione e favorire gli investimenti in questa tecnologia essenziale. Inoltre, il rapporto del DOE citato in precedenza sottolinea che, in risposta ai recenti e drammatici cambiamenti della rete elettrica statunitense, il tema dell’ibridazione sta diventando sempre più popolare all’interno delle discussioni relative all’evoluzione del settore energetico degli Stati Uniti. I sistemi installati presso i clienti che combinano il solare fotovoltaico e le tecnologie a batteria vengono utilizzati per ottenere vantaggi tecno-economici e di resilienza.
Perché è così importante progredire su questo punto? L’ibridazione dell’energia è interessante perché permette di ottimizzare il punto di connessione, mentre l’investimento è lo stesso per ogni impianto solare ed eolico. Ma c’è un problema: con l’ibridazione si deve presumere che quando la produzione combinata supera la capacità massima del punto di connessione, l’energia in eccesso debba essere scartata. D’altra parte, se nell’ibridazione di una o più tecnologie rinnovabili si disponesse di una tecnologia di accumulo, si aumenterebbe anche l’efficienza, si appiattirebbe il profilo di generazione e si massimizzerebbe l’uso della risorsa naturale, con la possibilità di spostare i surplus di generazione dai momenti di massima disponibilità della risorsa e di bassa domanda ai momenti di picco della domanda e di bassa disponibilità della risorsa.
Alcune delle tecnologie di stoccaggio attualmente esistenti sono: pompaggio idraulico (PHS), batterie agli ioni di litio, batterie al piombo, batterie di flusso REDOX, batterie al solfuro, volani, sistemi ad aria compressa (CAES), zinco-aria, supercondensatori e generazione di idrogeno, tra le altre. Un’altra forma emergente di stoccaggio è la produzione di idrogeno verde, prodotto per elettrolisi da energia rinnovabile. In generale, l’ibridazione di energie rinnovabili e stoccaggio si traduce in una riduzione dei costi di installazione che, nel caso del fotovoltaico, è stimata tra il 7-8%, secondo APPA Renewables.
Ma il modello di business è un po’ più complicato a causa del costo dei sistemi di accumulo. Esistono già alcuni progetti pilota a livello internazionale, ma con una bassa redditività. Il motivo è l’ingente investimento in CAPEX per il sistema di stoccaggio, il che significa che il costo, noto anche come costo livellato dello stoccaggio (LCOS) dell’energia immagazzinata supera i 100 euro/MWh.
È quindi necessario ottimizzare i costi di produzione dei sistemi di accumulo per ridurre il loro CAPEX. Si tratta forse di un obiettivo raggiungibile, come dimostra la straordinaria riduzione dei costi delle tecnologie di produzione delle energie rinnovabili negli ultimi anni.
Conclusioni
In questo scenario, con la necessità di ridurre i costi dei sistemi di accumulo, uno degli strumenti che può aiutare in questa fase di transizione è il Fondo UE di prossima generazione. In Spagna, ad esempio, il governo propone di destinare parte del fondo all’installazione massiccia di parchi di generazione da fonti rinnovabili e al progresso di nuove tecnologie di stoccaggio come l’idrogeno. Di conseguenza, la speranza è che l’unione tra queste fonti energetiche dal grande potenziale diventi sempre più una realtà.
Questo articolo è stato pubblicato nel numero di primavera della rivista Energy Global.
