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Una visione pessimistica sull’obiettivo 100% rinnovabili

La totale transizione alle rinnovabili non sarà certo semplice, anche se sono molte le simulazioni che forniscono diverse soluzioni. Uno scenario più problematico è quello tracciato dal fisico Friedrich Wagner del Max-Planck-Institut sul target 100% rinnovabili in Germania. Il suo approccio e alcuni limiti dell'analisi

Che la transizione alle rinnovabili non sarebbe stata una passeggiata, in un mondo che ha fatto del consumo allegro di energia un suo diritto inalienabile, grazie alla “droga” dei combustibili fossili, non ci voleva molto a concluderlo.

E questo soprattutto perchè le rinnovabili più abbondanti, solare e vento, sono anche le più incostanti nel giorno e durante le stagioni.

Così, simulazioni del futuro mondo al 100% di rinnovabili, come ad esempio quella che abbiamo illustrato su QualEnergia.it, fatta dal gruppo dell’economista dell’energia Christian Breyer della Lappeenranta University of Technology pochi mesi fa, sembrano forse semplificare un po’ troppo l’immensità del problema, limitandosi a impilare GW su GW di impianti a sole, vento o biomasse e accumuli, fino a che i conti tornano.

Un utile “memento” su quanto la transizione si annunci complessa, arriva da un ricercatore del Max-Planck-Institut fur Plasmaphysik, il fisico Friedrich Wagner, che, su The European Physical Journal Plus, ha pubblicato una breve ricerca in cui analizza la possibilità di una transizione al 100% rinnovabili in Germania.

Le premesse di Wagner

Per farlo, Wagner ha considerato la situazione meteo di un anno, il 2012, scelto perché intermedio alla massima produzione da sole e vento del 2015 e quella molto scarsa del 2010.

Su questo “meteo medio tedesco”, ha poi immaginato cosa accadrebbe se tentassimo di produrre tutta l’elettricità tedesca, 520 TWh annui, solo con sole e vento, a parte 20 TWh ottenuti con l’idroelettrico, considerato non espandibile oltre il livello attuale.

Wagner esclude a priori l’uso delle biomasse dalla sua simulazioni, una preziosa fonte rinnovabile programmabile, che produce ben 50 TWh annui di elettricità in Germania, perché ritiene che in futuro tutte le biomasse disponibili saranno indirizzate alla produzione di biocombustibili per il trasporto pesante e aereo, e non ne resterà nulla per l’elettricità.

Una seconda, e ancora più pesante esclusione a priori, è quella dell’interscambio internazionale: nella sua simulazione la Germania è come un isola e se la deve cavare da sola.

Quante rinnovabili servirebbero?

Con queste premesse, alquanto discutibili, Wagner arriva alla conclusione che per coprire i 500 TWh necessari ai consumi tedeschi, servirebbero 209 GW di eolico per una produzione di 406 TWh (nel 2015 erano 54 GW, con una produzione di 80 TWh) e 97 GW di FV per una produzione di 94 TWh (nel 2015 erano quasi 40 GW per una produzione di 39 TWh).

E questo, ovviamente, nonostante l’enorme estensione di nuovo installato, non coprirebbe certo le esigenze di carico tedesche: ci sarebbero enormi surplus durante le ore e i giorni assolati e ventosi, e carenze in quelli scarsi di risorse.

In totale, sovrapponendo le curve di produzione eolica e solare a quella dei consumi del 2012, dice Wagner, si riuscirebbero ad usare direttamente solo 369 TWh, il 74%, il resto sarebbe perduto.

Ma oltre allo spreco, il punto peggiore è che per coprire i momenti di produzione insufficiente, bisognerebbe mantenere in piedi un sistema di back up basato su centrali convenzionali (la Germania, ricordiamo, vuole abbandonare il nucleare entro il 2022) in grado di coprire fino all’89% della domanda.

La presenza di così tanta elettricità gettata via e di un sistema di centrali a fossili da tenere in efficienza per usarle per pochi periodi dell’anno, secondo Wagner, rendono questa soluzione assolutamente impraticabile da un punto di vista economico e anche per quanto riguarda l’obbiettivo di eliminare le emissioni di CO2.

La criticità degli stoccaggi

A questo punto, però, l’obiezione è ovvia: al posto del back-up, si devono usare gli stoccaggi di energia, dalle batterie per spostare, per esempio, l’energia solare dal giorno alla notte, fino ai grandi accumuli basati, per esempio, su pompaggio idroelettrico o produzione di idrogeno.

Naturalmente Wagner ha considerato questo punto, ma nel suo studio emerge che pure lo stoccaggio di elettricità, nell’enorme scala richiesta, oscilla fra impraticabilità e inutilità.

Per quanto riguarda l’accumulo di breve durata, il problema principale è che è efficiente in certi periodi dell’anno, come l’estate, quando il surplus di produzione è concentrato di giorno e quando c’è minore richiesta di notte; ma non in stagioni come l’inverno, quando quasi sempre il surplus prodotto da vento c’è sia di giorno che di notte.

In totale, dei 131 TWh di surplus totali, lo stoccaggio giorno-notte, possibile per circa 190 giorni l’anno, riuscirebbe a recuperarne solo 21 TWh, a fronte di un enorme investimento in batterie.

Anche per lo stoccaggio di lungo periodo Wagner intravede grosse difficoltà. In certi periodi dell’anno con grande produzione di vento e sole, gli stoccaggi si riempirebbero e non eviterebbero gli sprechi di energia, mentre al contrario, lunghi periodi di scarso vento e sole, porterebbero a vuotare gli stoccaggi, richiedendo di nuovo del back-up da fossili.

Secondo i suoi calcoli, basati su uno stoccaggio di 32 TWh (per confronto la capacità tedesca attuale è di 0,05 TWh), ottimale per immagazzinare il massimo possibile della produzione 2012 evitando un eccesso di accumulo inutilizzato, si avrebbe una saturazione in luglio e accumuli vuoti in dicembre.

A peggiorare le cose, il fatto che il calcolo precedente non tiene conto che lo stoccaggio non ha una efficienza del 100%. Anzi, quello più realistico nella condizione tedesca con poco idroelettrico, sarebbe lo stoccaggio tramite produzione di idrogeno, che fra elettrolisi e riutilizzo del gas per la produzione elettrica, ha una efficienza di circa il 60%. Questo richiederebbe una capacità ancora maggiore, che a su volta, per essere “riempita” avrebbe necessità di un parco di rinnovabili ancora più esteso.

Ma aumentare la capacità produttiva, a sua volta, rende meno utile lo stoccaggio, in quanto i consumi hanno più possibilità di essere coperti direttamente da sole e vento.

La sua radicale soluzione

La “soluzione” di Wagner a questo paradosso è che se vogliamo usare lo stoccaggio, è meglio creare un sistema elettrico a rinnovabili che produca addirittura il doppio dell’elettricità necessaria, così da minimizzare ad appena 5,5 TWh la necessità di stoccaggio.

Un sistema così sovradimensionato produrrebbe ovviamente enormi quantità di elettricità non assorbibile dai consumi diretti, che, secondo il fisico tedesco, si potrebbe però usare, per esempio trasformando in elettrico un terzo del riscaldamento delle case tedesche o per la produzione dell’idrogeno richiesto dall’industria (per esempio per i fertilizzanti).

Ma il vero punto è se sia immaginabile coprire la Germania di quasi 10 volte più turbine e pannelli degli attuali, per produrre 1.000 TWh di elettricità ogni anno.

Una volta “smontate le speranze” dei verdi puri e duri, però alla fine dello studio, Wagner rivela cosa voglia veramente proporre come soluzione: secondo lui occorre ripensare l’abbandono del nucleare tedesco, e anzi andrebbe ampliato per abbandonare la produzione a carbone e lignite, per poi usare l’atomo come baseload e back up delle rinnovabili.

Questa, intende, è l’unica chance realistica che abbiamo per decarbonizzare veramente l’uso di energia in Germania e probabilmente quasi in ogni altra parte del mondo.

Ovviamente, però, c’è chi non è d’accordo.

«Vedendo i riferimenti di questo studio - dice Breyer della Lappeenranta University of Technology - Wagner non ha minimamente tenuto conto dei numerosi studi sui sistemi energetici a rinnovabili di questi ultimi anni, e non riesce quindi a immaginare un modo in cui si possa avere un sistema senza emissioni di CO2, pur privo di nucleare. In fondo l’energia atomica è stato il suo principale campo di studio, prima che andasse in pensione. Ma personalmente non trovo molto logico che per superare i pericolo del cambiamento climatico, si continui a rischiare quelli connessi al nucleare».

Breyer porta ad esempio una simulazione della transizione al 100% in Germania elaborata dal suo gruppo, i cui calcoli non confermano tutte le difficoltà rilevate da Wagner, principalmente perché un punto decisivo di questa simulazione è l’uso del commercio internazionale dell’energia, che Wagner trascura, e che in futuro avverrà probabilmente sia sotto forma di scambio diretto di elettricità, che sotto forma di combustibili realizzati con fonti rinnovabili, da usare il back-up.

Senza scambio internazionale, del resto, non funzionerebbe neanche l’attuale sistema energetico, e non si capisce quindi perché nel caso delle rinnovabili, invece, dovremmo produrre e gestire. “tutto in casa”.





Commenti

E il consumo dei mezzi di locomozione elettrici?

Perdonatemi, ma non riesco a capire come, nel lavoro sopra commentato, non si sia tenuta in nessuna considerazione il preventivabile sviluppo del consumo di energia elettrica da parte di mezzi di trasporto.
Se per i sistemi di autotrazione si prevede (speriamo) un grosso spostamento dal consumo di energia prodotta con i combustibili fossili a sistemi basati sul consumo diretto di energia elettrica, questo fatto non cambierà radicalmente anche le valutazioni di uno studio del genere? Rispetto a quest'evoluzione uno studio del genere come si pone?

A coloro che pensano che

A coloro che pensano che Wagner si sia sbagliato basta leggere quest'altro studio, sempre tedesco, basato su un altro anno di dati di produzione da rinnovabili:

http://www.cesifo-group.de/ifoHome/publications/docbase/details.html?doc...

Il risultato e' ancora piu' negativo, e dimostra l'impossibilita' fisica di mandare avanti un paese industrializzato come la Germania a sole rinnovabili, in gran parte intermittenti.

I fan dell'Energiewende se ne dovranno fare una ragione, prima o dopo, con le buone o con le cattive.

Buona lettura.