Energie Rinnovabili – Prima Parte.

Energie Rinnovabili – Prima Parte.

Nell’attuale contesto energetico ed ambientale globale e diventato rilevante e prioritario (anche a seguito del protocollo di Kyoto) l’ob
iettivo di riduzione delle emissioni di gas serra e di sostanze inquinanti, anche mediante lo sfruttamento di fonti energetiche alternative e rinnovabili, che affianchino e riducano l’utilizzo di combustibili fossili, i quali sono oltretutto destinati ad esaurirsi per il considerevole consumo da parte di diversi Paesi.

Si considerano energie rinnovabili quelle forme di energia generate da fonti che per loro caratteristica intrinseca si rigenerano o non sono “esauribili” nella scala dei tempi “umani” e, per estensione, il cui utilizzo non pregiudica le risorse naturali per le generazioni future.

Sono dunque generalmente considerate “fonti di energia rinnovabili” il sole, il vento, il mare, il calore della Terra, ovvero quelle fonti il cui utilizzo attuale non ne pregiudica la disponibilità nel futuro, mentre quelle “non rinnovabili”, sia per i lunghi periodi di formazione di molto superiori a quelli di consumo attuale (in particolare fonti fossili quali petrolio, carbone, gas naturale), sia per essere presenti in riserve non inesauribili sulla scala dei tempi umana, sono limitate nel futuro.

Se la definizione in senso stretto di “energia rinnovabile” è quella sopra enunciata, spesso vengono usate come sinonimi anche le locuzioni “energia sostenibile” e “fonti alternative di energia”.

Esistono tuttavia delle sottili differenze; infatti energia sostenibile è una modalità di produzione ed uso dell’energia che permette uno sviluppo sostenibile, comprendendo dunque anche l’aspetto dell’efficienza degli usi energetici. Fonti alternative di energia sono invece tutte quelle diverse dagli idrocarburi, ossia provenienti da materiali non fossili. E’ possibile, volendo estremizzare, che una fonte di energia rinnovabile utilizzata male possa non essere “sostenibile”.

Pertanto non esiste una definizione univoca dell’insieme delle fonti rinnovabili, esistendo in diversi ambiti diverse opinioni sull’inclusione o meno di una o più fonti nel gruppo delle “rinnovabili”.

Fatta questa premessa faremo una carrellata delle principali fonti di energie rinnovabile, iniziando da quella che più affascina l’uomo, da sempre.

Energia da Fotovoltaico.

Un impianto fotovoltaico trasforma direttamente ed istantaneamente l’energia solare in energia elettrica senza l’utilizzo di alcun combustibile. La tecnologia fotovoltaica sfrutta infatti l’effetto fotovoltaico, per mezzo del quale alcuni semiconduttori opportunamente “drogati” generano elettricità se esposti alla radiazione solare: il componente elementare del generatore è la cella fotovoltaica, costituita principalmente dal silicio, in cui avviene la conversione della radiazione solare in corrente elettrica. I principali vantaggi degli impianti fotovoltaici possono riassumersi in:

  • generazione distribuita nel luogo dove serve;
  • assenza di emissione di sostanze inquinanti;
  • risparmio di combustibili fossili;
  • affidabilità degli impianti poiché non vi sono parti in movimento (vita utile di norma superiore ai 20 anni);
  • ridotti costi di esercizio e manutenzione;
  • modularità del sistema (per incrementare la potenza dell’impianto e sufficiente aumentare il numero di pannelli) secondo le reali esigenze dell’utente

Nella figura sottostante è rappresentato l’atlante solare mondiale della radiazione media solare sul piano inclinato 30° Sud [kWh/m2/giorno]. E’ interessante notare come aree in cui notoriamente vi sono fra i paesi più poveri, abbiano potenzialmente una risorsa energetica dalle grandi potenzialità.

uno

Lo stesso dicasi per l’Italia:

due

A fronte peraltro degli investimenti fatti tramite il Conto Energia si sono diffusi molti parchi fotovoltaici di grandi dimensioni nel meridione, anche se non mancano alcuni curiosamente presenti nel Nord, con l’arresto però dei contributi a pioggia che avevano “drogato” il mercato, l’approccio del grande parco fotovoltaico è andato in forte riduzione. Non è in effetti un sistema applicabile in larga scala, il rischio poi verificatosi è quello di un ingente consumo del territorio a discapito soprattutto di terreni potenzialmente agricoli. L’approccio ora nuovamente in voga, e forse il modello più corretto, è l’utilizzo del fotovoltaico sul residenziale e soprattutto sui grossi centri commerciali, industriali o comunque edifici di grandi dimensioni particolarmente “energivori”. Sono i cosiddetti “pro-sumers”: producers + consumers (produttori e consumatori). Un modello interessante che unito ad applicazioni di efficentamento energetico possono realmente ridurre i costi energetici per una qualsiasi grande edificio.

Potenzialmente c’è un mercato nuovo ed ampio per sviluppare impianti di questo genere su tutte le nostre città, con le dovute agevolazioni e politiche di detrazione, sia a livello centrale che a livello locale, potrebbe rivelarsi un ottimo strumento per ridurre sensibilmente la dipendenza energetica da fonti fossili, riducendo contestualmente i costi dell’energie

 

tre quattro

Con la possibilità del cosiddetto “scambio sul posto” l’energia non utilizzata di può rimettere in rete “vendendola” ai prezzi di mercato ottenendo quindi ulteriori vantaggi. Unitamente allo sviluppo delle reti intelligenti (smart grid), tema di cui ho già trattato, si andrebbero anche a superare alcuni limiti e vincoli posti dalla rete di trasmissione e distribuzione elettrica consentendo un reale efficentamento anche sotto quel profilo.

Nella prossima parte faremo una carrellata delle altre forme di energia rinnovabile.

Smart Grid e Smart Cities, il futuro è arrivato – Prima Parte.

Smart Grid e Smart Cities, il futuro è arrivato – Prima Parte.

 

Inglesismi arcani che ci proiettano in “città intelligenti” (Smart Cities) e “reti intelligenti” (Smart Grid), cosa nascondono ai profani questi termini sempre più in voga?

Proviamo a delimitare e circoscrivere lo scenario: nei giorni nostri vediamo chiaramente quanto incida nella vita quotidiana e negli equilibri economici tutto ciò che concerne la qualità della vita percepita, l’ambiente, lo sviluppo della persona e del sistema economico e la necessaria infrastruttura per produrre e fornire energia. Tutto correlato e connesso in un grande sistema che è il pianeta in cui viviamo.

Dall’assunzione di cui sopra nel corso degli ultimi anni è maturata e cresciuta una proposta di modello di sviluppo alternativo che prediligesse la realizzazione di sviluppi urbani con caratteristiche qualitative diverse, puntando decisamente a sistemi “intelligenti” (smart) integrati fra loro che racchiudono alcuni punti cardine contraddistintivi al fine di costituire le chiavi per una Città Intelligente (Smart City):

 

Tecnicamente quindi il tema delle Smart Cities racchiude in sé molti fronti di sviluppo, tra i quali ne emerge uno in particolare, dal quale non è possibile prescindere poiché trattasi della linfa vitale: la rete di distribuzione dell’energia, intesa in senso ampio.

Quando pertanto si parla di “Smart Grid” si tende ad includere nella definizione la commistione dei sistemi di produzione e distribuzione di energia elettrica al fine di disporre di una Rete Intelligente caratterizzata da un elevato livello di strutture IT (Information Technology)  e in grado di veicolare flussi di energia ed informazioni “multi direzionali”.

Ecco che stiamo schiarendo i dubbi iniziali su quali siano le differenze e i significati dei 2 termini, con una sostanziale rappresentazione in cui il contenitore della Smart Cities racchiude in sè buona parte delle “Smart Grid” poiché elemento alimentante.

 

Prima di provare a sviscerare il tema delle Smart Cities, và analizzato con particolare attenzione il passaggio sui “flussi multi direzionali” nel contesto delle Smart Grid sopra citati: vera chiave di volta dal punto di vista energetico e di sviluppi a tendere è la reale novità dell’ultimo decennio e rappresenta la scelta cui puntare per abbandonare i tradizionali sistemi di produzione di energia, peraltro con fonti combustibili fossili riconosciuti fra più inquinanti: petrolio e carbone

Stiamo parlando quindi di un nuovo modo di pensare l’alimentazione e la distribuzione di energia elettrica, in particolare sul fronte delle emissioni di CO2.

Nel modello di sviluppo “Smart” finalmente introdotto le fonti rinnovabili non sono più necessariamente legate a pochi produttori ma sempre più diventano disponibili per ampie fette di popolazione: si pensi ai pannello fotovoltaici sui tetti, il micro eolico etc…

Con questa svolta concettuale e pratica si assiste quindi ad una necessarie ridefinizione dei processi tecnologici coinvolti a supporto della rete elettrica che dovrà essere in grado di gestire immissioni di elettricità da molteplici fonti, dalla centrale tradizionale al privato cittadino munito di pannelli fotovoltaici che diventa produttore e consumatore di energia elettrica.

In questo modo quindi, utilizzando proprio il semplice cittadino come esempio, esso stesso rappresenta il soggetto che fruisce e fornisce energia e che consente una reale riduzione delle emissioni inquinanti.

Chi non è del settore e non è avvezzo al trattare di questi temi si chiederà per quali ragioni si stia sviluppando questa strada, la risposta è semplice: il mondo ha fame di energia e nel mondo, pur con la crisi attuale, la domanda è sempre in crescita con le eccezioni dettate dal periodo congiunturale di alcune aree, come in Italia ad esempio dove il consumo di energia è calato di diversi punti percentuale.

Vedasi a riguardo il recente documento di Terna “PREVISIONI DELLA DOMANDA ELETTRICA IN ITALIA E DEL FABBISOGNO DI POTENZA NECESSARIO

ANNI 2011 – 2021”, disponibile sul sito.

Non solo, analizzando i dati di consumo, sempre fonte Terna, si evidenzia come dal 2008 anno di picco eccezionale per consumo e produzione, vi sia stato un forte calo in ambito nazionale pur intravedendo un lievissimo rialzo nel 2011, tale da rivedere fortemente gli investimenti  nelle centrali termoelettriche tradizionali.

Ma fortunatamente questo non è l’unico motivo, la comunità internazionale è divenuta cosciente del serio e concreto problema delle emissioni inquinanti e quindi più domanda implica più emissioni di gas nocivi.

Come ridurle? Sono state fatte diverse stime, con due scenari di riferimento, i famosi 550 e 450 ppm, ossia “parti per milione di concentrazione” di CO2 nell’atmosfera. Ebbene, in entrambi i casi, uno più conservativo ed uno più spinto, si evidenzia che le rinnovabili e l’efficienza energetica sono i due driver principali, al punto da poter portare a riduzioni di CO2 fino all’80%.

Altro elemento cardine e vincolo tecnologico è la cosiddetta stabilità della rete elettrica, espressa in frequenza (Hertz) che è sostanzialmente di 50 Hertz in gran parte del mondo e 60 Hertz nei paesi vicini al cosiddetto “mondoCommonwealth” : si tratta sostanzialmente di un vincolo tecnico che implica una serie di sistemi di protezione e controllo della rete al fine di salvaguardarne la stabilità.

Tutti gli elementi di cui sopra sono e costituiscono il nuovo modo di progettare e realizzare una rete elettrica “intelligente” con lo scopo di ottenere una produzione di energia distribuita e una forte efficienza energetica.

 

Questo è già realtà perché molto si sta facendo e si è in procinto di fare, con contatori intelligenti, accumulatori di energia, la nuova frontiera per gestire il problema della non programmabilità di alcune fonti rinnovabili ed anche la non modulabilità delle stesse, l’introduzione di auto elettriche con relative colonnine di ricarica, la diffusione nel civile delle soluzioni di produzione energetica, sistemi software per gestire l’equilibrio della rete laddove l’immissione di energia elettrica non risponda ai vincoli tecnici di frequenza etc…

Tutto ciò sta inoltre avviando una grandissima ricaduta occupazionale, le aziende del settore stanno puntando fortemente a questo nuovo fronte, sfidante filone di sviluppo contemporaneo ma che realmente rappresenta la strada da intraprendere.

Ed inoltre, ora come non mai non è più giustificabile indirizzare gli investimenti puntando nelle centrali tradizionali non necessarie, in particolar modo in Italia, e non più compatibili con l’ambiente, quando la tecnologia ci offre alternative concrete e realizzabili.

Sia chiaro: qui non si dice che ci sono le condizioni per uno “switch off” immediato, se però guardiamo la composizione della produzione di energia elettrica in Italia possiamo però fare delle considerazioni importanti. Guardando ad esempio il punto di riferimento così in voga per ogni paragone, la Germania, nella seguente tabella che mostra la potenza efficiente lorda degli impianti elettrici di generazione nei principali paesi del mondo al 31 dicembre 2010 (fonte Terna), di cui si riporta un estratto parziale, si nota subito quanto sia ampio il differenziale produttivo per eolico e fotovoltaico tra questi 2 paesi, peraltro si consideri che la Germani oltre ai combustibili fossili ha una discreta produzione nucleare.