Ricercatori propongono concetto di firmPV per rendere il Lazio “green” al 100%

pv magazine Italia ha parlato con Gianluigi Bovesecchi, co-autore del paper “Flexible photovoltaic systems for renewable energy integration in Lazio region, Italy” pubblicato su Energy Reports. Abbiamo cercato di capire il concetto di firmPV e per quale motivo potrebbe aver senso sovradimensionare il fotovoltaico rispetto alla domanda annuale di elettricità.

Avete scritto che l’obiettivo di neutralità climatica al 2050 può essere raggiunto attraverso il concetto di “fotovoltaico flessibile”, ovvero il sovradimensionando del fotovoltaico rispetto alla domanda annuale di elettricità e utilizzando batterie. In questo modo il 90% della domanda di elettricità della regione Lazio può essere soddisfatta dal fotovoltaico e il restante 10% dall’idroelettrico e dall’eolico. Quali sono le condizioni per realizzare il “fotovoltaico flessibile”? Per esempio: smart grid?

Come prima cosa, dobbiamo chiarire su cosa si basa il concetto di fotovoltaico flessibile o firmPV, concetto introdotto dal professore Richard Perez, dell’University at Albany. Negli impianti tradizionali, prendiamo ad esempio commerciali di piccola taglia domestici l’approccio seguito è quello di sovradimensionare le batterie per poter garantire il funzionamento il più possibile anche nelle ore notturne o di bassa risorsa solare. Basti pensare ai prodotti commercializzati, 6kWp con 11 kWh di storage. Nel firmPV si ribalta il paradigma. Per poter avere un utilizzo continuo, possibilmente h24/365, della risorsa fotovoltaica si incrementa la dimensione del fotovoltaico per avere una produzione ottimale anche nelle condizioni più sfavorevoli, ad esempio giornate di brutto tempo, così da ridurre il più possibile l’uso delle batterie e quindi la loro dimensione e il loro costo, cercando però il miglior compromesso tra le due quantità in modo tale da mantenere basso il costo dell’energia. Ovviamente sovradimensionando il fotovoltaico, nei mesi di maggior irraggiamento, marzo-ottobre, si avrà un eccesso di produzione, come si può vedere nella figura (grafico sulla produzione di energia da fotovoltaico nel periodo 2017-2019).

Qui ci riallacciamo alla tua domanda, di cosa abbiamo bisogno per poter realizzare il firmPV? Semplicemente di smart inverter, già presenti sul mercato, che possano fare un taglio proattivo della produzione, quando il carico è soddisfatto e le batterie cariche. Noi nelle simulazioni ci siamo spinti fino al 90% per tenere conto di quanto già disponibile come risorse rinnovabili per il Lazio (circa il 10% in totale). Ovviamente questa percentuale può variare in base ai piani energetici regionali di sviluppo (PER2022), soprattutto se si riuscisse a fare eolico offshore.

Per raggiungere questo obiettivo, il Lazio dovrebbe installare 34,73 GWp di capacità fotovoltaica e 42,34 GWh di batterie a un costo ottimale di 92,21 €/MWh (costi stimati al 2050). L’idea è che il 90% dell’elettricità usata venga dal fotovoltaico. Rispetto agli altri scenari, è uno desiderabile a livello economico? Per quale motivo il costo rimane così alto?

Chiariamo prima di tutto che il costo di cui si parla è quello di produzione, questo costo è influenzato principalmente dai costi dello storage e poi anche del fotovoltaico. Con tali capacità si può coprire il 90% della domanda elettrica annuale del Lazio e il 10% con le risorse rinnovabili già disponibili.

Le simulazioni che abbiamo condotto sono basate sui dati di previsione dei costi disponibili a maggio 2023, questi costi però sono soggetti a variazioni anche importanti, attualmente il costo dello storage è sceso molto. Se applicassimo i nuovi costi proiettati al 2050 probabilmente il valore di 92€/MWh sarebbe inferiore. Il valore ottenuto può sembrare alto ma dobbiamo confrontarlo con il valore del PUN di quel periodo, sempre superiore ai 100€/MWh. Il costo che può sembrare elevato è in buona parte dovuto allo storage, necessario per realizzare una copertura della domanda elettrica quasi totale, con il solo fotovoltaico si potrebbe coprire a mala pena il 45% della domanda elettrica annuale.

Il vostro studio considera solo il Lazio, ma propone un approccio per raggiungere gli obiettivi al 2050. Trattate il Lazio come fosse un’isola energetica, giusto? Considerate solo l’importazione di energia eolica, corretto? Può spiegare la differenza tra questo scenario teorico e le condizioni reali di mercato?

Non esattamente, la domanda che siamo posti è la seguente: è possibile coprire nella sua interezza la domanda elettrica annuale di una regione?Nell’articolo abbiamo pensato a due casi studio, uno di solo utilizzo del fotovoltaico con batterie per valutare le capacità massime necessarie e il costo che si raggiungerebbe per realizzarlo. Il secondo caso studio vuole analizzare l’impatto nel mix energetico di una seconda risorsa rinnovabile di diversa natura sulla capacità di PV e batterie e sul costo finale dell’energia. È stato scelto l’eolico poiché nel PER 2022 si prospetta l’istallazione di una capacità offshore + inshore di circa 1.2 GW per una produzione stimata di 3800GWh/anno che corrisponde ad uno scenario di import intermedio (35%) tra i valori da noi simulati (25 e 50%).

Avendo a disposizione i dati effettivi di produzione nel triennio esaminato per l’eolico prodotto nella zona di mercato sud abbiamo deciso di utilizzarli per il punto 2 del nostro lavoro. Ovviamente i valori di costo ottenuti sono più alti in quanto l’import dell’eolico è stato preso al costo di acquisto e non di produzione, se gli scenari prospettati dal PER2022 si dovessero realizzare con la realizzazione della capacità sopra menzionata i costi stimati sarebbero più bassi rendendo ancora più appetibile la soluzione

Quali sarabbero le conseguenze di nuovi elettrodotti dall’Africa settentrionale all’Italia sul concetto di “fotovoltaico flessibile”? La capacità fotovoltaica richiesta potrebbe diminuire nel caso l’Italia riuscisse a importare energia elettrica a basso costo dall’Africa settentrionale? E cosa succederebbe alla capacità BESS?

Il problema, secondo me, non va affrontato da un punto di vista prettamente del costo dell’energia. La mia domanda è come verrà prodotta l’energia? Da fonti fossili? Se così fosse risolviamo solo il problema del fabbisogno energetico ma non delle emissioni di CO2. Realizzando accordi di questo tipo leghiamo l’Italia ad accordi analoghi a quelli del gas russo. Perché non dovremmo pensare di risolvere il nostro fabbisogno in casa?

Possibile diminure i costi stimati al 2050? Come?

Come già detto prima i costi possono diminuire se diminuiranno i costi di acquisto (CAPEX) del fotovoltaico e delle batterie, già ora, rispetto a quando abbiamo fatto le simulazioni, i costi sono diminuiti. Ovviamente tutti i costi di cui abbiamo parlato sono al netto di incentivi. Inoltre nel lavoro noi abbiamo considerato il taglio dell’energia elettrica in eccesso, ma nulla vieta di poterla rivendere in rete con un ulteriore vantaggio economico e un abbassamento del costo finale dell’energia.

In generale, potete spiegare perché questo paper ha senso e perché i legislatori dovrebbero prenderlo in considerazione per avanzare politiche sensate, basate su fatti e non su pareri?

Il paper si basa su dati oggettivi e su semplici equazioni di bilancio energetico, non ci sono formule magiche dietro ai risultati, chiunque con gli stessi dati può replicare i nostri risultati. Noi forniamo uno dei possibili scenari futuri per rendere il Lazio green al 100%, ma ce ne possono essere altri. Quello che dà forza al nostro studio è che abbiamo analizzato nel dettaglio quelle che sono le risorse energetiche green della mia regione (fonte Terna) e la soluzione scelta sembra essere quella più plausibile. Infatti, il geotermico è praticamente assente, eolico è molto limitato e a meno che non si parta con l’offshore non ci sono grandi prospettive di incremento.

Infine, l’idroelettrico è arrivato a saturazione, un piccolo aiuto può venire dal mini e micro-idroelettrico, ma è poca cosa. Dobbiamo però anche considerare che l’idroelettrico è in sofferenza negli ultimi anni a causa delle condizioni climatiche. Quindi convieni con me che l’unica risorsa rinnovabile rimasta è il fotovoltaico e nel Lazio abbiamo grandi possibilità.

Per concludere anticipo che stiamo per realizzare un prototipo in scala di firm PV sul quale testare i risultati del lavoro teorico, grazie ai fondi di ricerca messi a disposizione del mio ateneo. Ma questa è un’altra storia.

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