Scetur1

Titolo breve: Scetur1

Titolo: Verso un sistema energetico italiano basato sulle fonti rinnovabili – Prima parte: analisi introduttiva, problematiche e scenari propedeutici

Data pubblicazione: aprile 2023

Autori: S. Tiribuzi, P. Cambi, L. Celi, M. Giusti, G. Liverani, L. Pardi, M. Rossi

Pagine: 122


Questo rapporto presenta il primo studio di scenari condotto con ScETuR (Scenari Energetici Tutto Rinnovabile).
Si tratta di un’analisi di natura didattica e introduttiva, finalizzata principalmente a esaminare le problematiche generali legate a un sistema elettrico nazionale alimentato esclusivamente da fonti energetiche rinnovabili (FER) e a comprendere quali informazioni possano emergere da un bilancio orario esteso a tutte le 8760 ore dell’anno.
Il lavoro si concentra su un orizzonte temporale di lungo termine, convenzionalmente fissato al 2050, anno in cui si prevede di raggiungere l’obiettivo del Net Zero, ovvero l’azzeramento delle emissioni di nuova CO2 in atmosfera. A tale scopo, si ipotizza idealmente che l’intero fabbisogno energetico nazionale, stimato in 700 TWh annui, venga soddisfatto attraverso energia elettrica proveniente da FER.
Lo studio prende in considerazione 7 scenari energetici e si sviluppa in due fasi.

Prima fase dello studio
Nella fase iniziale dello studio, dopo aver descritto come si ricavano il profilo orario della domanda elettrica e i profili orari di generazione delle singole FER, si valuta l’ammontare degli ammanchi di energia derivanti dalla variabilità e non programmabilità di quest’ultime, in particolare delle componenti eolica e fotovoltaica (FV). Questa prima fase di studio comprende 5 scenari in cui si procede ad aumentare progressivamente la sovracapacità produttiva delle FER rispetto al fabbisogno globale e ad introdurre delle opzioni di bilanciamento aggiuntive:
Scenario 1 – nessuna sovracapacità e nessuna funzione di bilanciamento;
Scenario 2 – si aggiunge un accumulo a carattere circadiano;
Scenario 3 – si aggiunge una funzione di modulazione della copertura dei consumi;
Scenario 4 – si incrementa la sovracapacità produttiva al 150% della domanda annuale;
Scenario 5 – si tiene conto dello scambio con i Paesi limitrofi.
Il principale risultato è che gli ammanchi di energia diminuiscono dai 270 TWh dello Scenario 1 ai 76 TWh dello Scenario 5, ma non scompaiono. Quindi permane un ammanco pari ad oltre il 10% del fabbisogno annuale, concentrato nella stagione meno assolata e più fredda. Questo primo risultato mette in evidenza l’esigenza di prevedere un sistema di accumulo stagionale capace di immagazzinare energia per una quantità di diverse decine di TWh.

Seconda fase dello studio
La seconda fase dello studio si propone di individuare un idoneo sistema di accumulo stagionale e di valutarne la capacità di far fronte agli ammanchi invernali. Constatando che la capacità di tutti gli invasi idroelettrici nazionali ammonta solo a pochi TWh di energia elettrica. la scelta si sposta sull’unico sistema naturale di accumulo energetico disponibile nel nostro Paese quello dei depositi geologici costituiti dai giacimenti esausti di gas naturale, che già ora vengono impiegati per lo stoccaggio stagionale del gas importato.
Viene quindi ipotizzata la realizzazione di un sistema di accumulo stagionale di energia basato sull’impiego del surplus estivo di energia elettrica per ottenere metano (CH4) di sintesi, che verrà poi impiegato in inverno per produrre elettricità in centrali turbogas a ciclo combinato, equipaggiate con sistemi di cattura della CO2 dai fumi. Questa CO2 dovrà essere immagazzinata temporaneamente in una parte dei suddetti depositi geologici per essere successivamente riestratta nella stagione calda e combinata con l’idrogeno (H2) prodotto con il surplus da FV per produrre il metano sintetico, secondo il seguente schema concettuale:

L’inefficienza nella cattura della CO2 dai fumi e le perdite verrebbero compensate dalla CO2 catturata dai fumi di centrali elettriche alimentate a biomassa. Questo schema, definito nel rapporto P2M2P+CCR, realizza pertanto un ciclo chiuso del carbonio (C), che ogni anno passerebbe dalla CO2 al CH4 e viceversa. Non si potrebbe parlare pertanto di una vera e propria decarbonizzazione del sistema elettrico, ma di una sua defossilizzazione, il che è esattamente ciò che conta ai fini del raggiungimento del Net Zero.
L’insieme dei passaggi comporta una riduzione consistente dell’energia prodotta in inverno rispetto a quella utilizzata in estate. Assumendo conservativamente un valore di efficienza complessiva del ciclo del 20% e suddividendo in parti uguali tra CH2 e CO2 l’attuale capacità di stoccaggio dei siti geologici si è calcolato un valore di energia immagazzinabile di 30 TWh.
La seconda fase include quindi altri 2 scenari in cui si considera la disponibilità di questo sistema di accumulo stagionale.
Nello Scenario 6 si mantiene inalterata la domanda annuale di energia elettrica di 700 TWh assieme alla disponibilità dei sistemi e delle funzioni già considerate nello Scenario 4. Il risultato, peraltro scontato vista la scarsa capacità dell’accumulo stagionale rispetto agli 83 TWh di ammanco dello scenario di partenza, e che l’ammanco si riduce a 55 TWh, ma non si annulla.
In completo soddisfacimento del fabbisogno, come dimostrato dallo Scenario 7, si raggiungerebbe dimezzando il fabbisogno annuale e portandolo quindi a 350 TWh, un valore di poco superiore ai soli consumi elettrici attuali.

Conclusioni e sviluppi
Il rapporto sottolinea più volte che questi risultati, in particolare quello del settimo ed ultimo scenario, non vanno intesi come ipotesi o proposte di futuri piani energetici, dato che il loro intento è solo quello di esemplificare le problematiche connesse alla completa defossilizzazione del sistema elettrico nazionale e di valutare le necessità dal punto di vista della sua gestione considerando solo il lato della produzione.
Nel rapporto Scetur2, che costituisce la seconda parte dello studio, è stato considerato anche l’effetto derivante da azioni che agiscono sulla domanda. Inoltre, per quanto riguarda le caratteristiche dello schema di stoccaggio stagionale P2M2P+CCR, si è fatto accenno alla possibilità di incrementare considerevolmente i 30 TWh di capacità considerati in Scetur1 e alla prospettiva, corroborata dai risultati di autorevoli studi svolti in Europa, di poter aumentare l’efficienza globale del ciclo fino al 50%.

Per approfondire:


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dall’archivio europeo

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