Le fasi dell’integrazione delle rinnovabili per una Italia 100% green

L’integrazione delle energie rinnovabili nei sistemi energetici, soprattutto fotovoltaico ed eolico, è una delle sfide centrali del nostro tempo per affrontare i cambiamenti climatici. La questione se sia davvero possibile costruire un sistema energetico stabile e affidabile basato su fonti rinnovabili variabili (VRE, o “Variable Renewable Energy”) come il solare e l’eolico ha ricevuto una risposta positiva da parte dell’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA). Nel suo rapporto, l’IEA conferma che, con le giuste misure e strategie, è non solo possibile, ma anche fattibile a lungo termine realizzare questa transizione!

L’IEA ha identificato sei fasi di integrazione delle rinnovabili nei sistemi elettrici. In ogni fase, emergono sfide diverse e strategie specifiche sono necessarie per affrontarle, con un crescente bisogno di flessibilità e accumulo energetico man mano che si progredisce verso quote sempre più alte di rinnovabili.

Fase 1: Bassa penetrazione delle rinnovabili

In questa fase iniziale, le rinnovabili rappresentano una frazione marginale della produzione energetica, generalmente inferiore al 10%. Il sistema elettrico riesce a gestire facilmente questa quota con le infrastrutture esistenti e senza necessità di ampi sistemi di accumulo. In questi contesti, gli impianti a combustibili fossili continuano a dominare, fornendo una produzione costante e prevedibile che compensa l’intermittenza delle rinnovabili. Tuttavia, anche in questa fase, è necessario pianificare il futuro: le politiche di integrazione devono essere tempestive, poiché ritardi potrebbero compromettere il pieno potenziale di crescita delle rinnovabili e portare a emissioni di CO₂ più elevate del previsto.

Fase 2: Aumento delle rinnovabili fino al 15%

In questa fase, la penetrazione delle rinnovabili può arrivare al 10-15%, e iniziano a emergere le prime sfide di integrazione. L’AIE sottolinea come misure ben conosciute e già testate possano essere utilizzate per integrare la maggior parte dell’energia prodotta. Tra queste misure troviamo il miglioramento delle previsioni meteorologiche, l’ottimizzazione del dispacciamento dell’energia e l’aumento della flessibilità degli impianti convenzionali e rinnovabili. Inizia a emergere il bisogno di piccole quantità di accumulo, ma il sistema può ancora fare affidamento sulle centrali convenzionali per bilanciare l’offerta e la domanda di energia.

Fase 3: Maggiore penetrazione delle rinnovabili

Una volta che le rinnovabili rappresentano tra il 20% e il 30% della produzione, si entra nella fase 3, una delle più critiche per un sistema elettrico, e si inizia a vedere la “duck curve”. Qui, l’integrazione delle energie rinnovabili variabili non può più essere gestita senza una maggiore flessibilità, e lo stoccaggio dell’energia diventa essenziale. Il BESS, o altri sistemi di accumulo come lo stoccaggio idroelettrico a pompaggio, iniziano a giocare un ruolo centrale per immagazzinare energia durante i periodi di sovrapproduzione e restituirla durante i periodi di carenza. L’infrastruttura di rete deve essere migliorata per gestire flussi energetici più complessi, e la gestione della domanda diventa cruciale.

Fase 4: Alta penetrazione delle rinnovabili

Quando la quota di rinnovabili supera il 50%, il sistema energetico deve essere estremamente flessibile per evitare blackout e garantire la stabilità della rete. Le fonti convenzionali iniziano a perdere il loro ruolo dominante, mentre lo stoccaggio dell’energia diventa sempre più diffuso. In questa fase, i BESS assumono un ruolo cruciale nel garantire la continuità della fornitura elettrica durante i periodi di bassa produzione rinnovabile, come nelle ore notturne o durante i periodi di scarse condizioni di vento. Gli investimenti in queste tecnologie diventano un pilastro della politica energetica.

Fase 5: Prevalenza delle rinnovabili

Una volta che le rinnovabili coprono tra il 70% e l’80% della produzione energetica, il sistema deve gestire una variabilità ancora maggiore, e l’accumulo di energia diventa la spina dorsale del sistema. In questa fase, le tecnologie di accumulo su larga scala sono fondamentali per bilanciare non solo la variabilità giornaliera, ma anche quella stagionale. L’infrastruttura di rete deve essere in grado di gestire alti flussi di energia rinnovabile, i BESS si espandono ulteriormente per coprire periodi più lunghi di variabilità, e la gestione della domanda diventa fondamentale

Fase 6: 100% energia rinnovabile

Raggiungere una rete energetica interamente alimentata da fonti rinnovabili è l’obiettivo finale, che molte nazioni sperano di realizzare entro il 2050. Per raggiungere questo traguardo, sarà necessaria una capacità di accumulo energetico estremamente avanzata, con la possibilità di fornire energia alla rete per lunghi periodi di scarsa produzione. In questa fase, oltre ai BESS, sistemi come lo stoccaggio idroelettrico e tecnologie innovative come l’idrogeno verde giocheranno un ruolo chiave nel garantire la sicurezza energetica, così come l’interconnessione elettrica con altri Stati.

Il ruolo del costo dei BESS nella velocità della transizione

Uno dei fattori che determinano la velocità del passaggio da una fase all’altra è il costo per kWh dei BESS. Negli ultimi anni, questo costo è diminuito drasticamente, passando da oltre 1.000 dollari per kWh nel 2010 a meno di 150 dollari per kWh nel 2023. Questa riduzione dei costi ha permesso l’implementazione di BESS su larga scala, accelerando la transizione nelle fasi più avanzate di integrazione delle rinnovabili. Si prevede che entro il 2030, il costo dei BESS possa scendere ulteriormente sotto i 100 dollari per kWh, rendendo possibile una transizione ancora più rapida e conveniente.

Paesi avanzati nell’integrazione delle rinnovabili

Diversi Paesi sono già molto avanti nel loro percorso di integrazione delle energie rinnovabili e hanno stabilito obiettivi ambiziosi per il 2030 e il 2050, vediamo in che fasi sono alcuni dei più avanzati:

Danimarca – Fase 5

La Danimarca è tra i Paesi più avanzati, con oltre il 50% dell’energia elettrica già proveniente da fonti rinnovabili, in particolare dall’eolico. Il Paese è prossimo alla fase 6, con obiettivi ambiziosi di 18 GW di eolico offshore entro il 2030 e 35 GW entro il 2050. Inoltre, è leader nello sviluppo dell’idrogeno verde e dell’elettrificazione dei settori industriali.

Germania – Fase 4

La Germania si trova nella fase 4, con oltre il 40% di energia prodotta da fonti rinnovabili e una crescita continua delle capacità solare ed eolica. Gli obiettivi per il 2030 includono 100 GW di solare e 80 GW di eolico. Tuttavia, la Germania deve ancora risolvere sfide significative, come l’integrazione delle rinnovabili nel mix energetico e lo sviluppo delle infrastrutture di accumulo.

Svezia – Fase 5

La Svezia è molto vicina alla fase 5, con circa il 65% dell’energia elettrica proveniente da fonti rinnovabili, principalmente idroelettrica ed eolica. Il Paese mira a una completa decarbonizzazione entro il 2050, e i suoi obiettivi al 2030 includono 3 GW di solare e un aumento significativo della capacità eolica.

Portogallo – Fase 4

Il Portogallo si trova attualmente nella fase 4, con oltre il 50% dell’energia prodotta da fonti rinnovabili. Entro il 2030, il Paese prevede di installare 20 GW di solare ed eolico, con l’obiettivo di raggiungere il 100% di energia rinnovabile entro il 2050. Inoltre il Portogallo, che sta investendo fortemente nel solare e nell’eolico, prevede prezzi dell’elettricità più competitivi entro il 2030, con una media prevista tra 25 e 30 €cent/kWh. Questo sarà possibile grazie alla crescente quota di energia solare ed eolica nel mix energetico, oltre che agli investimenti in sistemi di accumulo.

La situazione in Italia

Nel 2023, l’Italia ha registrato un consumo elettrico annuale di 306,1 TWh, con una riduzione del 2,8% rispetto all’anno precedente. La quota di energia prodotta da fonti rinnovabili ha coperto il 36,8% della domanda totale (l’Italia quindi è tra fase 3 e 4).

L’Italia ha recentemente aggiornato i suoi obiettivi per la transizione energetica nel PNIEC 2024, che prevede un aumento significativo delle energie rinnovabili per raggiungere la decarbonizzazione entro il 2050. Gli obiettivi principali riguardano una capacità totale di 131 GW di energia rinnovabile entro il 2030. Di questa, 79,2 GW saranno prodotti da impianti fotovoltaici e 28,1 GW da impianti eolici. Questi numeri rappresentano un significativo aumento rispetto ai dati attuali. Al 2023, l’Italia ha installato circa 5,8 GW di nuova capacità fotovoltaica, raggiungendo un record di 30,6 TWh di energia solare prodotta e 23,4 TWh da fonte eolica.

Inoltre, si prevede di sviluppare infrastrutture per l’assemblaggio e la realizzazione di impianti di produzione, sia solari che eolici. A livello di accumulo, la crescita delle rinnovabili richiederà anche un’importante capacità di Battery Energy Storage Systems (BESS). Il PNIEC prevede che l’Italia debba incrementare significativamente la sua capacità di stoccaggio per bilanciare l’intermittenza delle fonti rinnovabili. Le previsioni stimano una capacità di accumulo di 6-8 GWh entro il 2030, con la possibilità di superare i 20 GWh entro il 2050.

Tale Piano, che ho già commentato in un precedente articolo per pv magazine, appare purtroppo abbastanza irrealistico, considerando le condizioni politiche e regolatorie attuali, e la volontà del Governo di introdurre il nucleare, che per varie ragioni a mio avviso in Italia non si farà mai.

In conclusione, la transizione verso un sistema energetico basato su energie rinnovabili variabili è non solo possibile, ma anche inevitabile, come confermato dal rapporto dell’AIE. Tuttavia, il percorso non è privo di sfide, e se parliamo di Italia queste sfide sono principalmente politiche, autorizzative e di ammodernamento/potenziamento delle reti. L’accumulo di energia rappresenta la chiave per una transizione stabile e sostenibile, specialmente nelle fasi più avanzate di integrazione delle rinnovabili. Le tecnologie esistono, i costi dei BESS stanno calando, e molti Paesi sono già ben avviati nel loro percorso. Raggiungere un sistema completamente alimentato da fonti rinnovabili richiederà tempo, investimenti e una pianificazione accurata, ma i progressi attuali indicano che un futuro verde è alla nostra portata.

Per quanto mi riguarda, barra dritta, e avanti tutta.

Fonti consultate:
International Renewable Energy Agency (IRENA) – Global Renewables Outlook 2023
International Energy Agency (IEA) – World Energy Outlook
European Network of Transmission System Operators for Electricity (ENTSO-E) – Annual Energy Reports
Bloomberg New Energy Finance (BNEF) – Battery Energy Storage Cost Data
Eurostat – Electricity Prices in Europe
Piano Nazionale Integrato per l’Energia e il Clima (PNIEC) – Obiettivi di transizione energetica in Italia
World Bank – Global Energy Storage Database

Questo articolo fa parte di una serie di articoli curati da Mauro Moroni per pv magazine Italia. Gli articoli precedenti erano focalizzati sulla lentezza del Governo che paralizza il mercato, sui principali trend del 2023, sul DL Semplificazioni, sulla diversificazione tecnologica per superare impasse materie prime, sulle “strategie di resistenza sporche delle fossili”, sul rapporto tra riscaldamento globale e mondo dell’energia, sulla Bozza decreto Aree idonee, sulla sua fotografia d’autunno, sul previsionale 2024, sul quadro normativo e regolamentare e sull’impatto dell’intelligenza artificiale nel mondo dell’energia rinnovabile italiana.

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