quale scenario implementare? – .

Di seguito il testo integrale tratto dal sito ASviS a cura di Luciano Celi (tecnologo Cnr, presidente Arpo Italia) in data 26 aprile 2024.

La transizione energetica, e quindi ecologica, va affrontata in tutti i suoi delicati aspetti, a partire dal mix energetico necessario a soddisfare il fabbisogno del Paese. Presentiamo qui alcuni scenari tra i tanti possibili.

Come gruppo di ricerca del Cnr e come associazione scientifica Aspo ci siamo chiesti cosa dovremmo “mettere in campo” se davvero volessimo realizzare la transizione energetica. Non c’è dubbio che ciò vada fatto e sappiamo che più rimandiamo, peggio sarà. Sappiamo infatti che se volessimo rispettare – come Paese – l’Accordo di Parigi del 2015, per contenere teoricamente l’aumento della temperatura entro 1,5 °C, dovremmo agire riducendo drasticamente le emissioni.

Su questo punto l’IPCC si è sempre espresso molto chiaramente nei suoi rapporti. La formula per calcolare le emissioni residue (quelle che possiamo ancora permetterci di restare entro un grado e mezzo di aumento) è, in prima approssimazione, abbastanza semplice perché segue, entro certi limiti, una legge lineare: una certa quantità di emissioni corrisponde ad un aumento accertato della temperatura media globale. Non è questa la sede per spiegare la formula e cominciare a fare i calcoli: basti dire che, sempre in teoria, abbiamo circa dieci anni per restare nei limiti dell’Accordo. Forse quindici.

Da qui l’urgenza. Tuttavia, se la fretta è una cattiva consigliera, l’urgenza è quasi certamente peggiore. Per questo abbiamo provato a metterci al lavoro per immaginare scenari energetici per il nostro Paese, che è di media latitudine e ha la fortuna di essere “baciato dal sole”. Una transizione che – per ragioni di urgenza ed efficienza economica – dovrebbe avvenire sfruttando il più possibile ciò che già esiste, senza dover reinventare nuove catene di fornitura per i vettori energetici.

Abbiamo quindi preso in considerazione i consumi del Paese di un anno “normale” (2019, pre-pandemia e pre-conflitto russo-ucraino) con l’obiettivo di valutare la fattibilità generale di un sistema energetico italiano completamente basato su fonti energetiche rinnovabili. In particolare si è voluto quantificare le dimensioni necessarie per il contributo del fotovoltaico e dell’eolico, e le problematiche legate all’intermittenza di queste fonti, sia su scala circadiana che annuale.

Innanzitutto abbiamo immaginato di convertire tutti i consumi in energia elettrica. Questa prima ipotesi, fatta utilizzando le tecnologie più efficienti oggi disponibili, consente di ottenere la stessa energia finale (calore, movimento, servizi, industria) utilizzando 700 TWh di energia elettrica annua invece dei 1.800 TWh di energia primaria (quella contenuta principalmente nei combustibili fossili) che usiamo oggi. Questo perché sappiamo che tutto ciò che bruciamo – dagli idrocarburi alla legna – oltre a emettere i gas serra che vorremmo evitare di emettere, ha rendimenti medio-bassi che si trasformano in efficienze di conversione altrettanto poco lusinghiere (si pensi al contenuto energetico che si versare nel serbatoio della propria auto ogni volta che si fa rifornimento: se tutto va bene, solo il 30% di quell’energia viene convertita in energia utile per il movimento delle ruote e tutto il resto viene disperso in attriti e calore). Siamo quindi partiti da semplificazioni che ritenevamo plausibili e “conservatrici”:

1. Il modello è “rame plate”, ovvero non tiene conto delle inevitabili perdite legate ai trasferimenti di energia dai luoghi di produzione ai luoghi di consumo.
2. Immaginiamo una completa elettrificazione dei consumi ma non entriamo nel merito di come realizzarla – è un’analisi quantitativa.
3. Si immagina una completa “autarchia energetica”, senza commercio estero, tranne che nello scenario 5.

Ci siamo quindi, per certi aspetti, messi nella peggiore delle ipotesi e quindi, come si suol dire, possiamo solo migliorare. L’analisi è stata effettuata su tutte le 8.760 ore che compongono un anno solare, per valutare (1) il fabbisogno energetico e (2) l’eventuale copertura con fonti rinnovabili.

Questa analisi di sensitività – lo studio non vuole essere un “piano energetico” anche se auspichiamo possa essere preso in considerazione all’interno di un percorso che porti alla completa decarbonizzazione – ha portato ad elaborare 5 scenari + 2 ulteriori scenari, in cui, di volta in volta, tempo abbiamo “aggiunto qualcosa” per capire come e dove possiamo proporre strategie per migliorare la copertura del fabbisogno energetico. Gli scenari sono brevemente indicati di seguito.

1. Capacità FER (fonti energetiche rinnovabili) al 100% del fabbisogno totale di 700 TWh/anno (sigla: 100% FER)
2. Viene aggiunto l’accumulo per l’intermittenza circadiana (sigla: 100%FERacc6h)
3. Modulazione consumi (sigla: 100%FER+acc6h+M)
4. Sovradimensionamento della capacità produttiva (sigla: 150%FER+acc6h+M)
5. Scambio con paesi vicini (150%RES+acc6h+M+1zona)
6. Come scenario precedente, ma con accumulo stagionale
7. Come scenario precedente, ma con consumi dimezzati.

Come accennato, il vero problema è la grande differenza nella disponibilità di energia prodotta da fonti rinnovabili tra la stagione primavera-estate e quella autunno-inverno. I risultati ottenuti nei primi sei scenari presentati indicano chiaramente che:

• considerando il mix energetico oggi più plausibile (idroelettrico+geotermico stabile; forte prevalenza del fotovoltaico rispetto all’eolico) la produzione estiva è sovrabbondante e quella invernale insufficiente;
• lo squilibrio tra eccesso di produzione estiva e carenza invernale potrebbe essere fortemente mitigato da un diverso mix di generazione, che vedrebbe il contributo dell’eolico superare quello del fotovoltaico (in un rapporto di 60/40); questo mix è oggi difficile da immaginare, in quanto in Italia, con le tecnologie oggi disponibili, la disponibilità di risorsa eolica è molto inferiore alla disponibilità di risorsa fotovoltaica; Con le attuali tecnologie è difficile ipotizzare un contributo dell’eolico superiore a 160 TWh/anno e pertanto negli scenari è stato adottato questo limite superiore. Uno scenario diverso sarebbe possibile solo nel caso di una maturazione tecnica ed economica dell’energia eolica offshore galleggiante, maturazione attualmente auspicabile ma certamente non probabile nel breve periodo;
• coprire il fabbisogno energetico invernale, ai volumi e ai profili di domanda attuali, è fondamentale;
• lo sbilanciamento stagionale tra curva di generazione (con il mix indicato) e curva di consumo (assunta identica a quella attuale), non può essere risolto nemmeno con l’importantissimo e cumulativo utilizzo di tre tecnologie: il sovradimensionamento dell’installato (+ 150% ), stoccaggio di breve termine (480 GWh), stoccaggio stagionale con tecnologie P2G (power to gas di 30 TWh);
• Lo scenario sette mostra che il superamento della crisi invernale è possibile a condizione che non solo il segmento della generazione, ma anche quello della domanda sia coinvolto nella transizione energetica. L’ultimo scenario analizzato, quello del dimezzamento dei consumi, vede risolta la criticità della copertura del fabbisogno invernale, ma non specifica nel dettaglio come si realizza tale dimezzamento.

La strategia per realizzare un vero progetto di transizione richiede ancora molto lavoro. Abbiamo in cantiere una seconda parte del lavoro che tiene in debita considerazione un possibile cambiamento della domanda, in modo che possa adattarsi meglio al profilo di produzione rinnovabile, minimizzando le carenze osservate negli scenari di questo lavoro.

Dal lato della generazione, si potrà invece considerare lo sviluppo delle componenti elettriche e termiche della fonte geotermica che, come abbiamo più volte specificato, ha prospettive più promettenti rispetto alla fonte idroelettrica, ma che prudenzialmente, in questo studio, ci siamo mantenuti costanti ai valori attuali. Si potrebbero prendere in considerazione gli scambi energetici internazionali, almeno all’interno dello spazio europeo, includendo le direttrici Nord-Sud oltre a quelle Est-Ovest considerate nello scenario 5.

Lo studio, che abbiamo battezzato con l’acronimo “Scetur”, Scenari di elettricità completamente rinnovabilescaricabile gratuitamente a questo indirizzo.