Acqua per generare energia ed energia per desalinizzare e pompare l’acqua

Nonostante il 2024 sia stato un anno relativamente piovoso che ha in qualche modo alleviato la situazione di cui soffriamo da diversi anni,il periodo attuale è considerato di siccità a lungo termine. Di conseguenza, molte aree della Spagna continuano ad avere livelli critici di acqua nei serbatoi, causando una situazione di stress idrico che può influire su tutti i livelli economici e sociali.

L’effetto di questa situazione si riflette spesso a livello economico in un aumento dei prezzi di tutti i generi alimentari e dell’energia stessa.

Spesso si sospetta che i gestori delle grandi centrali idroelettriche spagnole stiano speculando, liberando una risorsa così preziosa, fondamentale e sempre più scarsa come strumento di pressione per aumentare i prezzi nel mercato dell’elettricità. Anche se finora non è stata trovata alcuna correlazione che renda evidente questa pratica, si tratta quindi di una questione su cui è necessario riflettere e analizzare.

Noi di Quinto Armónico non siamo esperti di acqua, ma di mercato elettrico. Per questo motivo, oggi cerchiamo di approfondire l’argomento e di trarre le nostre conclusioni su come l’acqua influisce sul sistema elettrico e sulla possibilità di risolvere, o almeno combattere, la carenza idrica attraverso le energie rinnovabili.

Consumo di acqua in Spagna
Secondo i dati più recenti dell’Istituto Nazionale di Statistica (INE) per il 2020, il consumo di acqua in Spagna è concentrato in settori chiave, dove agricoltura, consumo domestico e industria sono i principali consumatori. È fondamentale distinguere tra consumo e uso dell’acqua, soprattutto per quanto riguarda la produzione di energia idroelettrica:

• Agricoltura e allevamento: 2.569 migliaia di m³.
• Consumo domestico: 2.290.800 migliaia di m³.
• Consumo industriale: 320.122 migliaia di m³.
• Servizi (compresi gli usi turistici e ricreativi): 258.934.000 m³ (compresi i servizi, gli usi turistici e ricreativi).
• Costruzioni: 16.740 migliaia di m³.
• Consumo comunale: 270.650 migliaia di m³.

Con questi dati, faremo una stima molto approssimativa dell’acqua utilizzata dalle centrali idroelettriche in Spagna, poiché ci risulta che non siano incluse in queste statistiche.

La prima cosa da notare è che i bacini con capacità idroelettrica, secondo diverse fonti, rappresentano il 40% del totale dei bacini spagnoli. Si tratta di una percentuale elevata rispetto ad altri Paesi europei, ma indica che non sono nemmeno la maggioranza dei serbatoi del Paese.

Un altro aspetto da considerare è che, sebbene l’acqua venga utilizzata in questi sistemi, in realtà non viene consumata. E’ acqua che finisce nell’ambiente o che è disponibile per il consumo in altre aree. Anche una singola unità d’acqua che finisce per essere consumata può passare attraverso più impianti idroelettrici.

Allo stesso tempo, più avanti affronteremo un altro dibattito: quando manca l’acqua per il consumo, le centrali idroelettriche la utilizzano per questi scopi o la “trattengono” se non è redditizia per la loro attività.

Detto questo, passiamo alla stima dell’uso dell’acqua da parte delle centrali idroelettriche. Per farlo, prenderemo i dati di produzione di ESIOS e li useremo per fare una stima molto approssimativa dell’acqua. Nel 2020, secondo ESIOS, la produzione idroelettrica in Spagna era così suddivisa:

• Idroelettrico UGH: 21.458.128,2 MWh
• Idroelettrico non UGH (fluente): 5.535.288 MWh
• Turbinazione in impianti di pompaggio: 2.524.317,9 MWh
• Pompaggio reversibile: 4.241.059,9 MWh

Con questi dati, la stima dell’acqua utilizzata è molto complessa in quanto dipende da diversi fattori, come il tipo di turbina, l’acqua accumulata in quel momento, il tipo di diga, ecc. Dopo aver consultato diverse fonti, riteniamo che una buona approssimazione sia quella di considerare 600 m³/MWh di acqua necessaria.

Pertanto, con un rapido calcolo, si ottiene un consumo di 17.710.641 migliaia di m³ se si sottrae l’acqua “recuperata” dal pompaggio dalle prime 3 opzioni.

Questo rappresenta un consumo di acqua 5-6 volte superiore al consumo totale di acqua nel 2020. Una cifra impressionante che va presa con le pinze, ma che indicherebbe che l’uso dell’acqua nelle centrali idroelettriche è molto intensivo. Tuttavia, come abbiamo già indicato, parte dell’acqua consumata proviene da questi impianti e l’acqua può passare più volte attraverso diversi impianti nel suo percorso.

Situazione attuale dei serbatoi spagnoli

Lo stato dei bacini idrici quest’anno è del 66%. Si tratta di un valore superiore di circa 15 punti rispetto all’anno scorso e le precipitazioni di quest’anno idrologico hanno superato del 15% i valori normalmente previsti. Si tratta di un’ottima notizia per diversi settori, che sono stati colpiti dalla situazione di siccità. Ad esempio, il settore agricolo non risentirà della mancanza d’acqua e ci saranno raccolti sufficienti, un fattore che rallenterà l’impennata dei prezzi dei prodotti alimentari.

D’altro canto, l’eccesso d’acqua consente alle centrali idroelettriche di entrare in funzione più frequentemente a un prezzo competitivo. Ciò si traduce in una riduzione dei prezzi dell’elettricità. Lo stesso vale per l’idroelettrico a pompaggio, che può essere sfruttato meglio immagazzinando l’energia potenziale nelle ore di fotovoltaico in cui i prezzi sono più bassi.

Previsioni sulla scarsità d’acqua

Tuttavia, sebbene la situazione sia migliorata, non bisogna dimenticare che ci troviamo ancora in uno stato di siccità di lungo periodo e occorre cercare strumenti e protocolli per promuovere il risparmio di questa preziosa e scarsa risorsa.
Sebbene negli ultimi anni il trend dei consumi sia diminuito grazie alla consapevolezza e agli investimenti nelle infrastrutture, le previsioni indicano una sempre più marcata carenza di disponibilità idrica e un aumento della frequenza e dell’intensità di fenomeni idrometeorologici estremi come siccità e alluvioni.

E vi chiederete: ma questi Fifth Harmonic non lavoravano nel settore dell’energia?

Rapporto tra acqua ed energia?

L’acqua e l’energia sono concetti strettamente correlati all’interno del sistema, sia perché è una delle fonti di generazione di energia che fanno parte del nostro sistema elettrico, sia perché l’estrazione, la produzione e il trattamento sono attività che comportano una domanda di energia indipendentemente dal settore o dall’industria.
La generazione idroelettrica, che sfrutta la forza dell’acqua per produrre elettricità, è un chiaro esempio di come l’acqua agisca come motore energetico. Tuttavia, non è solo l’idroelettrico a dipendere dall’acqua; anche altre tecnologie del sistema elettrico spagnolo, come le centrali nucleari e gli impianti di cogenerazione richiedono quantità significative di acqua per il raffreddamento e i processi operativi.

L’impronta idrica della produzione di energia nell’Unione Europea, ad esempio, raggiunge i 1.301 litri per persona al giorno, evidenziando il ruolo integrale dell’acqua nel settore energetico.

Oltre all’uso diretto nella produzione di energia, l’acqua è essenziale anche nell’estrazione, nella produzione e nel trattamento dell’energia in vari settori e industrie. Questo uso sfaccettato implica che qualsiasi strategia di gestione delle risorse idriche ed energetiche deve considerare come le politiche in un’area possano influenzare l’altra.

Inoltre, anche le dinamiche di mercato influenzano l’utilizzo dell’acqua nella produzione di energia. Ad esempio, i bassi prezzi del mercato all’ingrosso possono dissuadere le centrali idroelettriche dall’operare, poiché non è redditizio generare energia oltre il costo opportunità. Questo può portare a immagazzinare più acqua nei serbatoi, piuttosto che utilizzarla in impianti di pompaggio o di scorrimento.

Questo complesso intreccio tra acqua ed energia sottolinea la necessità di approcci integrati che considerino sia la sicurezza idrica sia quella energetica. Le decisioni prese nella gestione di una risorsa possono avere impatti significativi e spesso inaspettati sull’altra, richiedendo una pianificazione attenta e ponderata per garantire un futuro sostenibile in termini di risorse energetiche e idriche.

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Le energie rinnovabili possono risolvere il problema della scarsità d’acqua?

Impianti di desalinizzazione
Una delle principali soluzioni alla carenza d’acqua è la costruzione di impianti di desalinizzazione, la cui funzione è quella di fornire un’ulteriore fonte d’acqua convertendo l’acqua salata in acqua dolce. Questa soluzione ha una controparte diretta sotto forma di aumento della domanda di elettricità.
La domanda centrale è: quanti impianti di desalinizzazione sarebbero necessari per soddisfare la domanda di acqua? E, di conseguenza, quanta energia rinnovabile sarebbe necessaria per far funzionare questi impianti senza aumentare la nostra impronta di carbonio?

Considerando l’attuale efficienza degli impianti di desalinizzazione, che utilizzano principalmente l’osmosi inversa, il consumo energetico è notevole. Se la tendenza alla scarsità d’acqua dovesse peggiorare, la domanda di questi impianti aumenterà. Ciò aumenterà la necessità di generare più energia, preferibilmente da fonti rinnovabili.

Nello scenario attuale, in cui esiste già un’eccedenza di energia solare fotovoltaica in alcune ore del giorno a causa della mancanza di capacità di stoccaggio o della domanda, si potrebbe pensare di utilizzare questa eccedenza per alimentare gli impianti di desalinizzazione. Si potrebbero anche organizzare aste specifiche per finanziare il collegamento tra la produzione di energia rinnovabile e gli impianti di desalinizzazione, garantendo così un approvvigionamento energetico sostenibile e dedicato.

Non sappiamo di quanta acqua avremo bisogno in futuro, ma se facciamo due conti e consideriamo un fabbisogno energetico di 3 kWh/m³ di acqua desalinizzata, con una produzione fotovoltaica in Spagna nel 2023 di 34.982.688,1 MWh si potrebbero desalinizzare 11.660.000 migliaia di m³ di acqua.

Questo sarebbe più di 3 volte l’acqua totale consumata in Spagna nel 2020, come abbiamo visto sopra, non male. E questo significherebbe consumare meno di un milionesimo dell’acqua salata disponibile sul pianeta, quindi potremmo permettercelo.

Pompaggio solare

Un’altra tecnica promettente è il pompaggio solare, che sfrutta l’energia solare per estrarre le acque sotterranee. Questo metodo non è solo sostenibile, ma anche efficiente dal punto di vista dei costi nelle aree rurali o remote dove la connessione alla rete elettrica non è fattibile o è costosa.

Il pompaggio solare può essere uno strumento prezioso nella gestione delle risorse idriche, soprattutto nelle regioni aride dove l’acqua di superficie è scarsa ma le riserve di acqua sotterranea sono accessibili. L’implementazione di sistemi di pompaggio solare su larga scala potrebbe migliorare significativamente l’accesso all’acqua potabile e per l’irrigazione, contribuendo allo sviluppo agricolo e alla sicurezza alimentare in queste aree.

Inoltre, questi tipi di sistemi includono dispositivi di regolazione del flusso, favorendo così il controllo e il risparmio dell’estrazione delle acque sotterranee, in modo che in situazioni di sovrasfruttamento delle risorse idriche sotterranee, l’estrazione dell’acqua possa essere limitata in caso di restrizioni.

Le centrali idroelettriche speculano sull’acqua?

L’energia idroelettrica, come altri produttori di energia, opera in un mercato regolamentato in cui i prezzi dell’elettricità possono fluttuare in base alla domanda e all’offerta. Le società idroelettriche possono quindi essere incentivate a ottimizzare l’uso delle loro risorse idriche per massimizzare la loro redditività. Ciò può includere lo stoccaggio dell’acqua nei periodi di prezzi bassi e il suo rilascio quando i prezzi sono più alti, una pratica legittima di gestione del libero mercato.
Ci sono state accuse e preoccupazioni sul fatto che l’energia idroelettrica potrebbe trattenere speculativamente l’acqua, soprattutto durante i periodi di siccità o quando i prezzi dell’energia sono in aumento. Questo potrebbe teoricamente esacerbare i problemi di scarsità d’acqua e aumentare i prezzi dell’elettricità. Tuttavia, per dimostrare queste affermazioni sono necessarie analisi dettagliate dei dati di funzionamento dei serbatoi e del comportamento del mercato.

In Spagna, la Comisión Nacional de los Mercados y la Competencia (CNMC) e altri organismi di regolamentazione monitorano le pratiche di mercato per prevenire abusi di posizione dominante o manipolazioni del mercato. Ciò include indagini su qualsiasi attività sospetta relativa alla conservazione dell’acqua nei bacini idroelettrici.

L’idea che ci sia una “speculazione” con l’acqua è una questione di percezione che dipende molto dai dettagli specifici di ogni situazione e da come viene definita la “speculazione” in questo contesto. Tuttavia, sembra chiaro che gli operatori del settore idroelettrico prendono decisioni strategiche basate su una serie di fattori, tra cui i prezzi del mercato all’ingrosso.

La maggior parte della capacità idroelettrica in Spagna è nelle mani di Iberdrola ed Endesa. Oltre a questa capacità, hanno una serie di impianti operativi sul mercato che permetterebbero loro di “giocare” di più sul mercato per massimizzare i profitti. Ma questa è solo un’ipotesi e lasciamo a voi il compito di trarre le vostre conclusioni.

Data l’incertezza dei prezzi dell’elettricità e la situazione di vulnerabilità dell’Europa che si è resa evidente con la crisi bellica dell’Ucraina, la Commissione europea ha pubblicato il Regolamento (UE) 2024/1106 del Parlamento europeo e del Consiglio, dell’11 aprile 2024, che modifica i regolamenti (UE) n. 1227/2011 e (UE) 2019/942 per quanto riguarda il miglioramento della protezione dell’Unione contro la manipolazione del mercato dell’energia all’ingrosso.

Questo regolamento mira a stabilire meccanismi di trasparenza all’interno del mercato all’ingrosso, al fine di rendere i dati forniti il più chiari e completi possibile.

Conclusioni

Alla luce di quanto esposto, si può concludere che l’acqua è strettamente legata all’energia, che le energie rinnovabili possono essere uno strumento fondamentale per la produzione di acqua, ma che possono anche essere utilizzate in modo non etico a scopo di lucro e che è essenziale stabilire meccanismi di controllo per garantire che questa risorsa scarsa sia utilizzata in modo efficiente.

Coautori: Víctor Baeschlin Sánchez e Fernando Sánchez Lazcano
Revisori: Marcos Valles Pérez e Manuel Alonso Cifuentes