Sebbene le installazioni di fotovoltaico ed eolico crescano a un ritmo accelerato in tutto il mondo, i governi devono fare di più per garantire che siano ben integrate nei sistemi energetici, o si rischia di dover rinunciare a benefici significativi.
Lo spiega un nuovo rapporto dell’Agenzia internazionale dell’energia (Iea), in cui si fa per la prima volta un inventario globale delle misure di integrazione in 50 diversi sistemi energetici, che insieme rappresentano quasi il 90% della produzione di energia fotovoltaica ed eolica nel mondo.
Tra il 2018 e il 2023, la capacità di generazione fotovoltaica ed eolica a livello mondiale è più che raddoppiata, mentre la loro quota di produzione di energia elettrica è quasi raddoppiata, secondo il rapporto, intitolato “Integrating Solar and Wind: Global experience and emerging challenges” e consultabile dal link in fondo a questo articolo.
Grazie alle politiche governative di sostegno e alla continua riduzione dei costi, la Iea prevede che la potenza di queste fonti rinnovabili variabili (VRE) continuerà a crescere rapidamente fino al 2030.
Tuttavia, per massimizzare i vantaggi di questa capacità aggiuntiva, le rinnovabili variabili devono essere integrate di più e meglio nei sistemi energetici man mano che sono in esercizio.
I costi dell’inazione
Secondo il report Iea, ritardare l’attuazione di misure a sostegno dell’integrazione potrebbe comportare una riduzione del 15% della produzione di elettricità da FV ed eolico nel 2030, una riduzione di 5 punti percentuali, dal 35% al 30%, della loro quota nel mix elettrico globale e una minore riduzione fino del 20% delle emissioni nel settore dell’energia elettrica.
In termini assoluti, se le misure di integrazione non dovessero essere coerenti con gli obiettivi climatici nazionali, entro il 2030 sarebbero a rischio fino a 2mila TWh di produzione globale di VRE, mettendo a repentaglio il raggiungimento degli impegni nazionali in materia di energia e clima.
Questa perdita potenziale, equivalente alla produzione combinata di VRE di Cina e Stati Uniti nel 2023, deriva da possibili aumenti delle decurtazioni tecniche ed economiche, nonché da potenziali ritardi nella connessione dei progetti.
Le sei fasi dell’integrazione
I governi devono sostenere strategicamente misure di integrazione mirate, ma è necessario fornire indicazioni su quali siano le priorità nelle diverse fasi, secondo la Iea, che nel rapporto fornisce un quadro di riferimento per l’integrazione delle rinnovabili.
Vengono identificate sei fasi di aumento dell’impatto sul sistema della generazione fotovoltaica ed eolica, ognuna con le sue sfide e soluzioni. Mappando ogni sistema nella sua fase attuale, il quadro intende aiutare i decisori a identificare le misure di integrazione prioritarie e a facilitare la condivisione di esperienze tra sistemi in circostanze simili.
Le fasi da 1 a 3, considerate a bassa integrazione di VRE, hanno impatti relativamente bassi, con la maggior parte delle sfide affrontabili attraverso semplici modifiche agli asset esistenti o miglioramenti operativi.
Le fasi da 4 a 6 sono considerate ad alta integrazione e segnano una crescente influenza delle rinnovabili nel modellare le operazioni del sistema, richiedendo una trasformazione fondamentale del sistema elettrico stesso.
Le sei fasi identificate dalla Iea sono le seguenti:
- Fase 1 – VRE non hanno un impatto significativo a livello di sistema
La prima serie di impianti VRE viene installata, ma il loro impatto è largamente insignificante a livello di sistema e i parametri operativi tipici del sistema rimangono invariati. Gli eventuali effetti sono molto localizzati, ad esempio nel punto di connessione alla rete degli impianti.
- Fase 2 – VRE hanno un impatto piccolo o moderato sul sistema
Con l’aggiunta di un maggior numero di impianti VRE, le variazioni tra carico e carico netto diventano più evidenti, con un impatto da lieve a moderato sul sistema, come un’accelerazione più rapido e frequente dei generatori.
Per ottenere l’integrazione del sistema sono di solito sufficienti aggiornamenti delle pratiche operative, come l’integrazione delle previsioni nel dispacciamento e un migliore utilizzo delle risorse di sistema esistenti.
- Fase 3 – VRE determinano il modello di funzionamento del sistema elettrico
Le VRE determinano il modello di funzionamento del sistema elettrico e aumentano l’incertezza e la variabilità del carico netto.
Le maggiori oscillazioni nell’equilibrio domanda-offerta richiedono un aumento sistematico della flessibilità di funzionamento del sistema elettrico, che spesso va al di là di quanto può essere prontamente fornito dagli asset e dalle pratiche operative esistenti.
- Fase 4 – VRE soddisfano quasi tutta la domanda in alcuni momenti
La produzione di VRE è sufficiente a soddisfare la maggior parte dell’elettricità in alcuni periodi, il che può avere un impatto sulla stabilità del sistema elettrico.
Una sfida operativa fondamentale è legata al modo in cui il sistema elettrico risponde per mantenere la stabilità immediatamente dopo le interruzioni della domanda o dell’offerta, cosa che può comportare soluzioni operative avanzate e cambiamenti negli approcci normativi.
- Fase 5 – Significativi volumi di VRE in eccesso durante l’anno
L’aumento delle quote di VRE significa che, senza misure aggiuntive, la disponibilità di VRE supererà la domanda in molte ore e sarà complessivamente in eccesso per periodi di un giorno o più.
Per raggiungere tali quote nell’ambito degli obiettivi di decarbonizzazione in modo economico e sicuro è necessario aumentare le misure a sostegno dell’utilizzo della VRE, come ad esempio un’ampia diffusione della risposta alla domanda, dell’accumulo di energia e delle reti, nonché soluzioni più estese per garantire la stabilità in presenza di bassi livelli di fornitura convenzionale.
- Fase 6 – Fornitura sicura di elettricità quasi esclusivamente da VRE
Le principali sfide di questa fase comprendono la gestione di un sistema che dipende in larga misura da risorse collegate a convertitori e la soddisfazione della domanda durante periodi prolungati di scarsa disponibilità di vento e sole.
Per soddisfare le esigenze di flessibilità si può ricorrere all’accumulo di energia a lunga durata o ad ampi scambi di elettricità con altre regioni.
Il livello di integrazione delle rinnovabili variabili in Italia
La maggior parte dei sistemi nel mondo si trova attualmente nella fase 1 o 2.
Dei 50 sistemi analizzati, 25 si trovano nelle fasi 1 o 2 e rappresentano circa il 60% della produzione globale di elettricità.
L’integrazione delle rinnovabili nel sistema elettrico è più avanzata in Paesi come Danimarca, Irlanda, Australia Meridionale e Spagna, che hanno raggiunto o superato la fase 4, integrando dal 35 al 75% di VRE nella loro produzione annuale, a seconda del sistema.
L’Italia, secondo il rapporto, si trova invece in una posizione intermedia, cioè nella fase 3, che è relativamente promettente, se la politica riuscirà a creare le condizioni abilitanti per un’accelerazione dell’integrazione.
“Si prevede che molti altri sistemi, tra cui quelli di Australia, Giappone, Italia e Brasile, raggiungeranno la fase 4 o superiore entro il 2030. Per questi sistemi, un’attenzione costante allo sviluppo di misure di integrazione, insieme alla condivisione globale di politiche efficaci, quadri normativi ed elementi di progettazione del mercato, sarà fondamentale per sostenere una transizione energetica sicura”, si legge nel rapporto.
Da notare che alcuni grandi Paesi sono classificati in una fase media di integrazione del VRE che può differire dai sistemi subnazionali al loro interno. Ad esempio, Paesi come Cina, India e Brasile sono classificati in fase 2 a livello nazionale nel 2023, ma possono avere aree subnazionali in fasi più elevate.
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