ENERGIA ELETTRICA: I VERI CONTI DELLE FONTI RINNOVABILI

di GIANNI ALBERTONE

L’energia elettrica, come noto, non si presta ad essere facilmente accumulata in quanto tale e generalmente deve essere prodotta al momento stesso in cui viene richiesta dagli utenti.

L’esigenza, tuttavia, di bilanciare la produzione e la domanda, di ottimizzare l’uso del parco di generazione, di garantire la qualità della fornitura comporta la necessità di pianificare le produzioni di energia elettrica.

Sono pertanto previsti, per le grandi centrali elettriche, particolari sistemi e modalità  di esercizio che consentono la regolazione di potenza e frequenza della rete.

Sono inoltre presenti impianti idroelettrici progettati per produrre ma anche accumulare “energia”, in quantità sufficiente a garantire richieste improvvise aggiuntive o improvvise indisponibilità di impianti di produzione già in servizio.

A fronte di significativi contributi da parte dello Stato si è avuta da alcuni anni una crescente presenza, nei sistemi elettrici, di impianti di produzione basati sulle fonti rinnovabili.

E’ universalmente riconosciuto che senza i forti incentivi di Stato la produzione di energia elettrica a mezzo di fonti rinnovabili non è economicamente sostenibile.

L’impegno economico nella erogazioni di contributi viene recuperato sugli utenti finali tramite voci specifiche presenti nelle bollette elettriche.

Le due più diffuse tipologie di impianti per produzione di E.E. da fonti rinnovabili sono l’eolico ed il fotovoltaico:

  • Un impianto eolico trasforma l’energia cinetica del vento in energia elettrica e la immette nella rete.
    Questo avviene trasformando il moto dell’aria che soffia sulle pale del rotore in un moto rotatorio che viene trasmesso al rotore stesso.
    Il rotore trasmette l’energia rotazionale ad un generatore, in cui questa si trasforma in energia elettrica.
    Siccome il vento non è una grandezza costante, la produzione di energia da fonte eolica è molto poco pianificabile.
    Gli impianti eolici funzionano infatti solamente con determinate velocità del vento e non si regolano sul fabbisogno energetico delle utenze di rete.
  • Un impianto ad energia solare (fotovoltaico), sfrutta direttamente l’energia irraggiata dal Sole (fonte rinnovabile) verso la Terra.
    Anche questa forma alternativa di energia è fortemente dipendente dalle condizioni ambientali ed atmosferiche locali e non è pertanto perfettamente pianificabile.

Dal punto di vista tecnico tali nuovi sistemi di generazione distribuita, per loro natura non programmabili, richiedono una significativa innovazione nella gestione delle reti con ingenti investimenti in infrastrutture impiantistiche per aumentare la capacità di accumulo e di rilascio dell’energia con conseguenti riflessi sui costi del KWh finale.

Mediamente il costo di produzione dell’E.E. di origine idroelettrica, considerando che ormai quasi tutti gli impianti sono stati ammortizzati, si può individuare compresa fra 20/30 €/MWh

Per le altre fonti il costo è all’incirca di:

80-100 €/MWh per impianti nucleari,

80-120 €/MWh per impianti convenzionali a carbone ed impianti a metano a ciclo combinato

80-120 €/MWh per impianti eolici

200-300 € MWh per impianti a biomasse solide/liquide

250-400 €/MWh per impianti fotovoltaici

Per queste ultime tre tipologie di impianti gli incentivi Statali superano sempre i costi di produzione e di ammortamento impianto e pertanto il loro sviluppo dipende unicamente da questo fattore, ci troviamo in una realtà di mercato drogato che viene mantenuto in vita forzatamente.

Le tecnologie di accumulo possono essere classificate sulla base del principio secondo cui operano.

Le principali categorie con le rispettive tecnologie attualmente utilizzate o in corso di sviluppo, sono:

• accumulo di energia potenziale tramite pompaggio di acqua (IDROELETTRICO)

• accumulo di energia potenziale tramite compressione di aria (CAES)

• accumulo elettrochimico (batterie);

• altri sistemi: accumulo meccanico (volani), elettrostatico (condensatori, supercondensatori) ed accumulo elettromagnetico.

  • L’accumulo di energia sotto forma potenziale tramite pompaggio idroelettrico risulta attualmente il più diffuso per grandi potenze (da decine di MW sino ad oltre 1.000 MW) e storicamente il più affidabile e sperimentato.

In un impianto di pompaggio, durante i periodi di bassa domanda di energia, si trasferisce l’acqua, tramite pompe alimentate dalla rete, da un serbatoio inferiore ad uno superiore, immagazzinando così l’energia sotto forma di energia potenziale.
Nei periodi di elevato carico l’acqua dal serbatoio superiore viene rilasciata in quello inferiore, azionando le turbine e generando energia elettrica.

  • L’accumulo di energia con il sistema CAES (Compressed Air Energy Storage)  prevede l’accumulo sotto forma di aria compressa da utilizzarsi in un ciclo termodinamico Brayton, ovvero con una turbina a gas.
    Tre sono i componenti principali del sistema CAES: un compressore, azionato – durante i periodi bassa richiesta di energia da un motore elettrico alimentato dalla rete, un sistema di accumulo di aria compressa (ad esempio, una caverna, un acquifero profondo o altra struttura adatta come serbatoi a pressione), una turbina a gas, all’interno della quale fare espandere l’aria compressa precedentemente accumulata.

L’accumulo elettrochimico si basa invece su reazioni chimiche di ossido-riduzione, all’interno di celle (accumulatori).

Il processo è simile a quello che avviene con le batterie di una autovettura elettrica con cicli di carica e scarica.

Gli accumulatori ricaricati della rete nei periodi di bassa domanda di energia da parte cedono la stessa  quando essa viene richiesta.

I sistemi elettrostatici ed elettromagnetici sono ancora in fase di sperimentazione industriale e poco diffusi.

Confronto tra i costi dei sistemi di accumulo più diffusi:

gli impianti Idroelettrici di Pompaggio sono i più diffusi ed affidabili, seguono i sistemi CAES ed i sistemi di accumulo elettrochimico.

A titolo puramente indicativo se si assume che in fase di accumulo il prezzo medio dell’energia elettrica nella fascia più bassa è di circa 40-45 €/MWh il costo dell’energia riceduta alla rete dai tre sistemi di accumulo descritti è pari a:

per il pompaggio idroelettrico circa 90-100 €/MWh

per il sistema CAES a compressione circa 110-120 €/MWh

per il sistema di accumulo elettrochimico circa 400-700 €/MWh

Concludendo, con questa piccola disamina, si vuol mettere in evidenza che il sistema elettrico per funzionare correttamente necessita di regole e procedure di gestione estremamente rigide e consolidate.

La diffusione oltre un certo limite di tipologie di impianti con produzioni non programmabili può produrre notevoli scompensi nelle reti elettriche fino a provocare black-out e sicuramente maggiori costi gravanti sull’energia elettrica.

In pratica gli impianti di produzione di E.E. da fonti rinnovabili, come fotovoltaico ed eolico, oltre ad avere un maggior costo proprio, che viene tutto ribaltato sulle utenze, genera un maggiore onere dovuto alla necessità  di realizzare impianti di accumulo aggiuntivi rispetto a quelli già esistenti e già sufficienti alle esigenze di tutta la rete.

 

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