Possibile Contributo del Fotovoltaico al Bilancio Energetico Italiano
di Domenico Coiante - 19/08/2006
Sintesi della relazione presentata al convegno "A New Global Vision", San Rossore 20-21 Luglio 2006
Riassunto
Partendo dalla situazione attuale della produzione di energia rinnovabile in Italia e considerando una prospettiva
temporale di medio e di lungo termine, si analizza la possibilità di un maggiore contributo del fotovoltaico al bilancio
energetico nazionale in relazione agli obblighi quantitativi imposti dal Protocollo di Kyoto. E’ considerata la presenza
dei limiti tecnici oggi esistenti per lo sviluppo della tecnologia e le difficoltà economiche di base dovute al costo. Sono
infine accennati alcuni aspetti di impatto ambientale che la diffusione delle fonti rinnovabili su larga scala comporta.
1 – PREMESSA: PERCHE’ IL FOTOVOLTAICO
·
Le emissioni di gas serra e gli impegni di Kyoto per l’ItaliaTrascuriamo la motivazione strategica più ovvia, quella della incombente necessità di sostituzione
dei combustibili fossili, dovuta alla rarefazione delle risorse, perché tale argomento è oggetto di
accanite discussioni tra gli esperti, con opinioni completamente contrastanti circa l’esistenza stessa
della crisi e la sua urgenza. Limitiamoci ad osservare che, indipendentemente dalla rarefazione delle
risorse energetiche fossili, la crisi climatica ambientale è ormai quasi universalmente riconosciuta.
Contrastare tale crisi è divenuto un compito primario dell’ONU. L’obiettivo è stato tradotto in un
primo atto legale nel Protocollo di Kyoto del 1997, oggi entrato in vigore per tutti i Paesi aderenti.
Quindi, senza ulteriori discussioni, l’Italia ha l’obbligo di rispettare gli impegni che il Paese si è
assunto all’atto della ratifica del Protocollo. Tali impegni, come vedremo, comportano la necessità
di sviluppare le fonti di energia rinnovabile e, tra queste, emerge per importanza strategica il
fotovoltaico.
La situazione di dettaglio del bilancio energetico mostrata nella Tab.1 evidenzia il fatto che il
consumo italiano del 2004 è stato pari a 197.8 Mtep di cui solo 16.5 Mtep provengono dalle fonti
rinnovabili endogene e 10 Mtep entrano nel bilancio come energia elettrica importata. Quindi,
ammettendo ottimisticamente che tutta l’elettricità importata sia esente da emissioni di CO
2,rimangono circa 171.3 Mtep che derivano dai combustibili fossili.
Secondo la revisione effettuata dalla U. E. nel 2005 delle serie storiche di emissione dei gas serra,
la situazione italiana è oggi ufficialmente fissata per il 2004 ad un contributo alle emissioni
complessive di gas serra pari a 477 Mt (ENEA, 2005a) in termini di CO
2 equivalente. Pertanto sipuò concludere che
ogni Mtep consumato nel 2004 di provenienza dai combustibili fossili èaccompagnato in media dall’emissione
2.78 milioni di tonnellate di CO2 equivalente.L’obiettivo di Kyoto per l’Italia stabilisce che le emissioni dei gas serra debbono essere ridotte
entro il 2012 del 6.5% rispetto al valore del 1990. Il riferimento per il settore energetico è pari a 419
Mt (ENEA, 2005a) e quindi le emissioni del sistema energetico devono scendere per il 2012 ad un
livello annuale pari a 392 Mt partendo dal valore di 477 Mt del 2004. La conseguenza è che si deve
arrivare a ridurre di 85 Mt le emissioni annuali del nostro sistema energetico nel corso di 8 anni,
cioè cumulando ogni anno una nuova riduzione di 10.6 Mt, per un abbattimento totale del 17.8%
rispetto al livello del 2004. Passando dalle emissioni alle quantità di combustibili fossili che le
producono, occorre, o
ridurre il consumo di energia fossile attuale di 3.8 Mtep all’anno fino acumulare un risparmio di circa
30 Mtep nei prossimi 8 anni, o sostituire questi valori con laproduzione da fonti rinnovabili, o provvedere con altri meccanismi del tipo dell’
emissions trading.2
Da queste semplici considerazioni seguono due importanti conclusioni:
1.
E’ necessario ricorrere alle fonti rinnovabili, e quindi al fotovoltaico, per contrastare lacrisi climatica globale indipendentemente dal pericolo dell’esaurimento delle riserve di
energia fossile.
2.
Il contributo da ricavare dalle rinnovabili deve poter essere misurato in multipli del Mtepper poter produrre effetti ambientali significativi.
Tab.1 – Energia primaria in Italia nel 2004
FONTE PRIMARIA Energia
disponibile nel
2004
1Energia
equivalente al
petrolio
2 (Mtep)Quota
percentuale
(%)
Carbone 17.1 Mtep 17.1 8.64
Gas Naturale 66.2 Mtep 66.2 33.46
Petrolio 88.0 Mtep 88.0 44.48
Totale combustibili fossili 171.3 86.58
Elettricità importata 50.9 TWh 10.0 5.05
Fonti rinnovabili tradizionali:
Idroelettrico
Geotermoelettrico
Geotermico
Legna da ardere (riscaldamento)
42.744 TWh
5.437 TWh
8916 TJ
57820 TJ
9.404
1.196
0.213
1.382
4.753
0.604
0.108
0.700
Totale energia rinnovabile tradizionale 12.195 6.16
NFER
3:Eolico
Solare fotovoltaico
Biomasse (elettricità)
Solare termico
Biomasse usi termici
Biocombustibili
1.847 TWh
0.027 TWh
2.190 TWh
774 TJ
60187 TJ
0.280 Mtep
0.406
0.006
0.482
0.018
1.438
0.280
0.205
0.000
0.244
0.009
0.727
0.141
Totale Nuove Fonti Energia Rinnovabile 2.63 1.33
Recuperi energetici:
RSU
4 (elettricità)RSU (calore)
Biogas (elettricità)
2.277 TWh
10390 TJ
1.170 TWh
0.651
0.248
0.335
0.329
0.125
0.169
Totale recuperi energetici 1.234 0.62
Cogenerazione 12752 TJ 0.471 0.238
Totale energia rinnovabile, recuperi e cogenerazione
16.53 8.35TOTALE ENERGIA 197.83
5 1001
Fonte dei dati: ENEA, Rapporto Energia e Ambiente 2005. L’energia espressa in TWh si riferisce all’energiaelettrica, mentre quella espressa in terajoule (TJ) attiene all’energia termica.
2
I dati di produzione energetica sono stati elaborati secondo i seguenti fattori di conversione in petrolio: 1 TWh(elettr.) = 0.22 Mtep (efficien. centrali =39%) per idroelettrico, geotermoelettrico, eolico, biomasse, fotovoltaico;
1 TWh = 0.286 Mtep (efficien. = 30%) per biogas e RSU; 1 TJ (term.) = 0.0000239 Mtep.
3
NFER = Nuove Fonti Energia Rinnovabile4
RSU = Rifiuti Solidi Urbani5
Il dato contiene tutti i contributi delle fonti rinnovabili, dei recuperi d’energia e della cogenerazione. Essodifferisce dal dato statistico ufficiale di 195.5 Mtep (Rapporto REA 2005) perché questo non contiene il
contributo di 2.3 Mtep di alcune rinnovabili (es. legna. RSU, ecc).
2
– IL FOTOVOLTAICO NELLA SITUAZIONE ENERGETICA IN ITALIAA livello mondiale la tecnologia fotovoltaica sta attraversando una fase di crescita accelerata, come
si può desumere dal grafico di Fig.1. La potenza installata nel mondo ha raggiunto la quota di 4500
3
MW, dei quali circa 3600 MW sono installati nei paesi aderenti all’OCSE. Il tasso di crescita attuale
è situato intorno al 27% annuo.
Fig.1 – La potenza cumulativa installata nei paesi dell’OCSE (IEA) e nel mondo. Fonte: (IEA,
2005) per dati fino al 2004 e dati provvisori dell’IEA per il 2005)
In Italia, a fronte della grande consistenza del potenziale fotovoltaico, la situazione attuale è
sintetizzata nella Tab.1. Le NFER contribuiscono per circa 2.6 Mtep corrispondenti allo 1.3 % del
fabbisogno totale d’energia e il
contributo del fotovoltaico a tale quota è pari a 27 GWh,corrispondenti a circa 6 millesimi di Mtep.
La successiva Fig.2 mostra in dettaglio l’andamento nel tempo della potenza fotovoltaica installata
in Italia e l’energia elettrica prodotta annualmente. Si può notare che il settore mostra sensibili segni
di ripresa a partire dal 2002 con un tasso di crescita annuale pari a circa il 16% l’anno.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
Potenza installata (MW)
Grid-connected
centralised
Grid-connected
distributed
Off-grid nondomestic
Off-grid domestic
Mondiale
IEA
+67%
+27%
4
Fig.2 – Andamento della potenza fotovoltaica installata in Italia e della produzione energetica
annuale. Fonte dei dati: ENEA, Rapporto Energia e Ambiente 2005
, Volume 2 (fino al 2004); datiENEA provvisori per il 2005.
E’ noto che il fotovoltaico produce energia elettrica, allora l’unità di misura corrispondente al Mtep
è ricavabile dall’equivalenza 1 TWh = 0.22 Mtep, cioè
1 Mtep = 4.5 TWh. Quindi, per quantovisto in premessa, la significatività ambientale si ottiene con produzioni energetiche, non in termini
di GWh come mostrato in figura, ma con quantità 4500 volte superiori, cioè con multipli del TWh
(1 TWh = 1000 GWh).
A fronte di tutto questo, la potenza fotovoltaica totale installata al 2005 era di circa
36 MW di piccocon una produzione annuale di elettricità di circa
0.032 TWh. Ciò corrisponde a circa l’1% dellapotenza installata nei paesi OCSE e allo 0.8 per mille della potenza mondiale. Per confronto, la
potenza installata in Germania è stata nel solo 2005 pari a circa 640 MW e quella del Giappone ha
raggiunto i 300 MW (vedi Fig.3), contributi annuali rispettivamente pari al 14% e al 6.7%
all’incremento della potenza totale mondiale.
I recenti provvedimenti di incentivazione governativa, detti del Conto Energia, stanno producendo
una rapida crescita della potenza installata, come si può desumere dal fatto che le domande
ammesse per il 2005 hanno totalizzato 266 MW rispetto ai 100 MW previsti dalla legge per
quell’anno e ai 300 MW dell’obiettivo per il 2015. Inoltre, la revisione del Decreto del 2006 ha
elevato il limite a 500 MW e, a metà del 2006, risultano presentate 16870 domande per complessivi
1311 MW, cosicché tutta la potenza disponibile per il 2006, che è di 85 MW, è stata già saturata.
Pertanto, visti i tempi di realizzazione degli impianti, si può ragionevolmente presumere un
aumento notevole della potenza installata nel corso del 2006.
Tutto questo fa sperare in un parziale recupero della posizione di fanalino di coda del fotovoltaico
italiano rispetto a quello degli altri paesi europei, situazione ben rappresentata nella seguente Fig.3.
8,5
12,1
14,1
15,8 16,0 16,7
17,7
18,5 19,0
20,0
22,0
26,0
30,8
6,3
9,6
11,3
12,8 13,0 13,7
14,5 15,2 15,6
16,5
18,5
22,5
27,3
36,0
*32,0
*0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
30,0
35,0
40,0
1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
ANNO
VALORE
POTENZA (MWp)
PRODUZIONE ENERGIA (GWh)
*
Dato non definitivo5
Fig.3 – Potenza fotovoltaica annuale installata in alcuni paesi dell’OCSE. Fonte: Report IEA PVPS
2005.
Tuttavia, anche considerando l’aumento della potenza installata per effetto dei Decreti del Conto
Energia, il livello raggiungibile dalla produzione energetica annuale è ancora qualche ordine di
grandezza più basso di quello necessario e l’intera produzione fotovoltaica equivale ad un risparmio
di combustibile fossile del tutto irrilevante. Purtroppo, vista l’esiguità degli obiettivi delle leggi
d’incentivazione, tale rimarrà ancora per molto tempo. Del pari è da considerare trascurabile la
corrispondente quantità di emissioni evitate.
Rispetto alle dimensioni necessarie sopra evidenziate, si conclude che il contributo fotovoltaico è
oggi trascurabile ai fini del rispetto dell’obiettivo di Kyoto. Eppure, nonostante questa deludente
situazione, la tecnologia fotovoltaica riveste per l’Italia una grande importanza strategica, sia per la
consistenza del potenziale energetico, sia per la crescita degli impegni futuri che si vanno
profilando sul piano ambientale per il dopo Kyoto, sia, infine, per le implicazioni economiche
connesse alla sicurezza dell’approvvigionamento energetico a seguito della rarefazione delle risorse
petrolifere mondiali.
3 - IL POTENZIALE DEL FOTOVOLTAICO IN ITALIA
·
Insolazione sul territorioLa Fig.4 mostra la mappa della media annuale della radiazione solare giornaliera che incide al suolo
su una superficie piana fissa, esposta a Sud ed inclinata rispetto al piano orizzontale di un angolo
pari alla latitudine dei siti mostrati. Come è noto, in tali condizioni la raccolta di energia solare da
parte dei pannelli è massimizzata.
0
100
200
300
400
500
600
700
1993
1994
19
95
19
96
19
97
19
98
19
99
20
00
20
01
20
02
20
03
2004
2005
Potenza annuale installata (MW)
DEU
JPN
USA
ESP
FRA
ITA
AUT
NLD
USA
Italia
Giappone
+22%
Germania
+137%
6
Fig.4 – Mappa della radiazione solare al suolo su superficie piana, esposta a sud ed inclinata
secondo la latitudine. I valori mostrati danno la media annuale dell’irraggiamento giornaliero in
kWh/m
2 nelle varie località. Fonte: (Palz, 1984).Si nota immediatamente che il Sud Italia e le Isole si trovano comprese fra 4.6 e 5.4 kWh/m
2giornalieri, mentre l’irraggiamento si va a ridurre verso il Centro-Nord, a partire dalla fascia
costiera tirrenica, da 4.8 kWh/m
2, fino a raggiungere il minimo di 3.6 kWh/m2 giornalieri sullaPianura Padana.
In termini di irraggiamento annuale si ha quindi che il Sud e le Isole sonocomprese fra 1680 e1970 kWh/m
2, mentre il resto d’Italia si viene a trovare fra i 1750kWh/m
2 della fascia tirrenica e 1300 kWh/m2 della zona padana.·
Energia elettrica ricavabile da 1 m2 di terreno occupato dagli impiantiI migliori moduli fotovoltaici a celle di silicio cristallino oggi in commercio hanno
un’efficienza diconversione intorno al 15%
sotto condizioni di illuminazione piena. Considerando un fattore diperdita del 10% nel collegamento dei moduli in pannelli, un ulteriore 10% per gli effetti di degrado
termico durante il funzionamento e un rendimento del 90% dell’inverter, si trova che
il rendimentodell’impianto fotovoltaico collegato alla rete si porta intorno all’11% netto.
Di conseguenza, daogni m
2 di pannello fotovoltaico installato si può ricavare annualmente una quantità di energiaelettrica pari rispettivamente a 185 – 217 kWh nelle regioni del Sud e delle Isole e 140 – 192 kWh
nel Nord e nel Centro Italia. Scartando dalla media i valori minimali collegati alla Pianura Padana,
dove non appare conveniente andare a localizzare gli impianti, si può considerare un valore per
l’Italia compreso fra
185 e 217 kWh/m2 a seconda del sito di installazione. A questo punto,dobbiamo tenere conto del fatto che i pannelli devono essere collocati sul terreno distanziando le
file tra loro per evitare
l’ombreggiamento reciproco. Ciò comporta che l’area effettiva del terrenooccupato dagli impianti dovrà essere maggiorata di un fattore 2.5 rispetto all’area dei pannelli
fotovoltaici. Pertanto, l’energia elettrica annualmente ricavabile dall’area territoriale sarà più bassa
di un fattore 2.5, cioè compresa
fra 74 e 87 kWh/m2 a seconda della localizzazione degli impianti.7
Tab.2 – Situazione della densità di energia fotovoltaica in Italia
Località Energia solare su
1 m
2 di pannelloPV
(kWh/m
2)Energia elettrica da 1
m
2 di impianto PV(effic. netta = 11%)
(kWh/m
2)Energia elettrica da 1 m
2 disuolo occupato da impianto PV
(fattore occupazione 2.5)
(kWh/m
2)Sud Italia e
Isole
1680 – 1970
185 - 217
74 - 87
Centro- Nord
(fascia
tirrenica)
1680 – 1750
185 – 192
74 - 77
Zona padana 1300 - 1680 140 - 185 56 -74
Fonte: Elaborazione dell’autore
·
Indice di occupazione territoriale degli impiantiTutto ciò ha come conseguenza che, per produrre
4.5 TWh di energia elettrica fotovoltaicaequivalenti ad
1 Mtep, occorre impegnare con gli impianti rispettivamente un’area che puòandare da 52 km
2 nel Sud a 61 km2 nel Centro. Poiché di Mtep ne servono molti perché ilconsumo energetico italiano è di circa 198 Mtep annui, l’area necessaria per gli impianti diviene
molto ampia, tanto che sorge il dubbio se esista realmente la disponibilità di tale territorio in Italia.
·
Disponibilità territorialeLa risposta può essere trovata esaminando la seguente Tab.3 che illustra l’inventario del territorio
italiano. Si nota che le aree marginali (terreni aridi e abbandonati, coperture di edifici industriali e
commerciali) ammontano a
22600 km2, pari al 7.5% del territorio nazionale (dati censimento del’91). Uno studio specifico (Avella et al., 1988), effettuato nell’ambito del Progetto Finalizzato
Energetica 2 del CNR, aveva già quantificato negli anni ‘80 l’ammontare dei terreni marginali
incolti situati al Sud e sulle Isole in circa 2 milioni di ettari (cioè 20000 km
2) e questi dati statisticipiù recenti confermano tale ammontare.
Tab.3 - Destinazione d’uso del territorio italiano
Tipo di uso Estensione (km
2) Quota percentualeAziende agricole (tot. Anno 2000)
- Superficie Agricola Utile (SAU)
Seminativi
Coltiv. legnose permanenti1
Prati e pascoli permanenti
- Boschi
- Terreni marginali e coperture
226200
- 158340
88037
28976
41327
- 45240
- 22620
75.0%
- 52.5%
29.2%
9.6%
13.7%
- 15.0%
- 7.5%
Resto del territorio
2 75138 25.0%TOTALE 301338 100%
1
Coltivazioni arborescenti: oliveti, frutteti, noccioleti, vigneti, pioppeti, ecc.2
Totale delle aree non utilizzabili a fini agricoliFonte: Dati ISTAT riportati su Enciclopedia di Repubblica 2003 alla voce Italia
8
·
Potenziale energetico accessibilePer capire che cosa significa l’estensione delle aree marginali in termini di energia rinnovabile,
facciamo un
esercizio ipotetico sull’impiego del fotovoltaico, trascurando per semplicità lapresenza dei vincoli tecnici ed economici.
Con qualche piccolo calcolo di trasformazioneapplicato ai dati della densità di energia otteniamo che per produrre 1 TWh di elettricità è
necessario impegnare 11 km
2 di terreno al Sud e 13 km2 al Centro. Per semplicità assumiamo ilvalore medio di
12 km2 per 1 TWh. Pertanto, se volessimo usare solo le aree marginali situate alSud e sulle Isole, potremmo ottenere circa
1670 TWh all’anno. Il fabbisogno elettrico odierno è dicirca 310 TWh, per cui basterebbero 3720 km
2 (cioè il 19% dei terreni marginali, o l’1.2% delterritorio nazionale) per produrre l’intero fabbisogno elettrico nazionale.
In conclusione, anche avvertendo che esistono alcuni ostacoli tecnici che ne limitano l’applicazione,
tuttavia si può constatare che, tra tutte le fonti rinnovabili, il potenziale energetico del fotovoltaico
assume per l’Italia un valore molto grande anche nella condizione attuale di relativamente bassa
efficienza di conversione dei moduli. Inoltre, poiché la tecnologia è in rapida evoluzione verso
prodotti a più alta efficienza, tale potenziale è suscettibile di consistente aumento. Pertanto, si
comprende come la fonte fotovoltaica debba essere guardata con particolare attenzione strategica.
Naturalmente occorre ribadire che quello qui svolto è un esercizio puramente
ipotetico, voltosoltanto a verificare che
il potenziale energetico del fotovoltaico in Italia è dello stesso ordine digrandezza del fabbisogno nazionale di energia
, mentre nella pratica, come vedremo, le cosestanno diversamente.
4 – IL POTENZIALE PRATICABILE (POTENZIALE TECNICO)
E’ definito come l’energia che potrebbe essere prodotta annualmente utilizzando l’attuale
tecnologia e tenendo conto della presenza dei limiti tecnici e degli ostacoli di compatibilità
territoriale con le altre attività economiche prioritarie.
·
Intermittenza della generazionePer lo sfruttamento in grande scala del fotovoltaico esiste il limite tecnico dovuto alla intermittenza
casuale della produzione. Infatti, la rete elettrica nazionale, a cui gli impianti devono essere
collegati per convogliare l’elettricità prodotta verso gli utenti, può accettare in connessione diretta
una quantità limitata di potenza intermittente, al di sopra della quale insorgono gravi problemi di
stabilità della rete. Il limite di accettazione dipende dalla configurazione della rete e dal grado di
interconnessione con altre reti confinanti. Nella situazione attuale italiana, si considera pericoloso
per la stabilità della rete superare con la potenza intermittente totale un valore situato tra il 10% e il
20% della potenza complessiva dei generatori convenzionali attivi in rete. Pertanto, supponendo che
il parco dei generatori termoelettrici attivi della rete italiana ammonti a circa 50000 MW, potremo
pensare di collegare impianti di energia intermittente per un massimo complessivo di 10000 MW.
Supponiamo in prima istanza di avere la capacità economica per occupare questa quota di potenza
con impianti fotovoltaici distribuiti sul territorio prevalentemente nei siti più produttivi. Come si è
visto in tali siti è possibile ricavare circa 200 kWh/anno per m
2 di pannello, che corrispondono a1700 kWh all’anno per ciascun kWp
installato tenendo conto del fattore di disponibilitàdell’impianto, cioè
1700 MWh per MWp. In definitiva, da 10000 MWp fotovoltaici, si avrebbeuna produzione di elettricità fotovoltaica per
17 TWh all’anno, corrispondente a circa il 5%dell’attuale fabbisogno di elettricità. Il contributo è indubbiamente significativo sul piano del
consumo di elettricità, ma esso diviene marginale rispetto al bilancio energetico totale. Infatti il
settore elettrico costituisce circa 1/3 del totale dei consumi nazionali e pertanto il contributo del
fotovoltaico sarebbe pari a circa l’
1.9% del consumo totale di energia.La conclusione, a cui si perviene, è quindi che la presenza del vincolo dovuto all’intermittenza
limita pesantemente la possibilità pratica di portare un contributo fotovoltaico significativo al
9
bilancio energetico nazionale.
Purtroppo, questo aspetto negativo, che è estendibile a tutte le fontirinnovabili intermittenti,
è continuamente trascurato nel dibattito corrente sulle fontirinnovabili
e sul loro possibile contributo al risanamento ambientale.Inoltre, occorre registrare un ulteriore difficoltà dovuta alla contemporanea presenza di più fonti
intermittenti in collegamento alla rete elettrica. Poiché ad oggi sono stati già collegati alla rete
nazionale impianti eolici per un totale di circa 2000 MW, il margine di allacciamento ancora
sfruttabile senza problemi di stabilità è di 8000 MW. Teniamo però presente che le domande di
allacciamento di impianti eolici, in corso di verifica da parte del GRTN, ammonta a più di 13000
MW e che per contro l’ordine di grandezza della potenza fotovoltaica cumulata è oggi intorno ai 30
MW. Ne segue che
lo spazio di crescita del fotovoltaico è fortemente limitato dalla saturazionein corso del potenziale di potenza allacciabile alla rete.
Pertanto le attraenti aspettative del fotovoltaico rischiano di andare completamente deluse.
5 – ACCUMULO DELL’ENERGIA PER LO SVILUPPO DEL POTENZIALE
PRATICABILE DEL FOTOVOLTAICO
Il potenziale tecnico praticabile del fotovoltaico ha un valore appena apprezzabile sul piano
energetico, ma il suo ammontare non è certo risolutivo sul piano della questione ambientale. Il suo
contributo è limitato dagli effetti tecnici negativi dovuti all’intermittenza della produzione. Si è
visto che
l’intermittenza della generazione porta alla presenza di un limite alla quantità di potenzaallacciabile alla rete. Le modalità attuali di funzionamento degli impianti fotovoltaici posizionano
tale limite in modo da tollerare l’allacciamento di potenza rinnovabile per non più di 10000 MWp.
Se fosse possibile accumulare per tempi sufficientemente lunghi l’elettricità intermittente in modo
da fornirla alla rete in forma più stabile nel tempo, la quantità di impianti in connessione potrebbe
aumentare di molto. Purtroppo, l’energia elettrica oggi può essere accumulata soltanto
convertendola in un’altra forma di energia. La gamma delle opzioni comprende, tra le altre,
l’energia cinetica accumulata nei volani e nei gas compressi, quella gravitazionale nei bacini
d’acqua elevati, quella chimica nei combustibili di sintesi e elettrochimica negli elementi delle pile
elettriche. Se si sottoponessero ad una selezione tecnica queste opzioni a fronte delle esigenze di
mantenere l’energia in modo efficiente per periodi di tempo dell’ordine dei giorni e/o dei mesi, si
vedrebbe che sopravviverebbero soltanto due sistemi di accumulo: quello negli accumulatori
elettrochimici e quello nell’idrogeno (Coiante, 2004).
Senza entrare in questa sede in una discussione dettagliata dei due sistemi, ciascuno dei quali
mostra pregi e difetti, qui proviamo soltanto a sintetizzare l’argomento:
·
Allo stato attuale delle due tecnologie, l’accumulo elettrochimico appare praticabile, nel brevemediotermine, per immagazzinare energia per periodi di tempo che possono andare da qualche
ora a qualche giorno. Pertanto, ad esempio in relazione al fotovoltaico applicato ad un modello
di sviluppo decentrato con piccoli impianti collegati alla rete, l’inserimento di un sottosistema di
accumulo elettrochimico di piccole dimensioni può migliorare la situazione degli inconvenienti
dovuti all’intermittenza, permettendo complessivamente di superare in parte il limite di
accettazione della rete. Possiamo ottimisticamente considerare per il medio termine che
l’insieme delle fonti elettriche intermittenti (eolico e fotovoltaico), dotate di piccoli sistemi di
accumulo, possa arrivare ad un contributo di potenza del 30-40% del totale presente in rete, cioè
a un massimo di
20000 MW con erogazione annuale di circa 34 TWh (7.5 Mtep).·
Per l’accumulo stagionale delle enormi quantità di energia richieste dalla necessità di sostituireil petrolio in tutti i settori d’uso (
compreso quello dei trasporti), l’idrogeno appare come latecnologia più appropriata per il lungo termine.
In una tale prospettiva temporale, la possibilità di realizzare il vettoriamento dell’energia solare
nelle più diverse applicazioni (settore degli usi termici e auto elettrica ad esempio) costituisce
una delle attrattive più forti per l’accumulo nell’idrogeno. Inoltre, l’accumulo stagionale di
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energia, che l’idrogeno consente, permetterebbe di sfruttare il fatto che la produttività elettrica
solare estiva è circa un fattore 3 più alta di quella invernale. L’energia in eccesso accumulata
d’estate potrebbe essere utilizzata per ottimizzare il fattore di capacità annuale delle centrali a
fonti rinnovabili, portandolo dal valore attuale delle 1500-1600 ore equivalenti senza accumulo
ad uno meno distante da quello medio delle centrali convenzionali (circa 6000 ore). Solo a
questo punto, la potenza rinnovabile potrebbe assumere il ruolo sostitutivo di quella
termoelettrica, perché il limite di accettazione degli impianti da parte della rete sarebbe rimosso
completamente. In tal caso, e solo in tal caso, il potenziale praticabile potrebbe salire a valori
confrontabili con quelli del fabbisogno elettrico nazionale. In aggiunta, ulteriore potenza
rinnovabile potrebbe essere dedicata alla produzione d’idrogeno da inviare agli altri settori di
utilizzo di modo che, in linea di principio, il contributo rinnovabile potrebbe essere significativo
rispetto al fabbisogno nazionale di energia.
A prescindere dalle considerazioni circa le difficoltà economiche, il limite tecnico a questo
discorso è chiaramente posto dalla disponibilità di aree in siti adeguati per la produzione
elettrica solare. Una stima grossolana di questo limite può essere desunta in base al seguente
ragionamento. Per semplificare, poniamo l’attenzione solo sul fotovoltaico. La densità di
energia elettrica fotovoltaica a livello del suolo, come si è visto, è oggi situata intorno a 80
GWh/km
2. Tale dato deriva dall’attuale efficienza netta degli impianti, situata intorno all’11%. Icontinui miglioramenti in corso della tecnologia fotovoltaica lasciano prevedere lo sviluppo nel
medio termine verso impianti con efficienza netta intorno al 15%. Ciò avrà come conseguenza
l’incremento della densità di energia ricavabile dal territorio fino a circa 100 GWh/km
2.Supponendo in linea teorica di poter sfruttare le aree marginali per una quantità totale di 22000
km
2 (7.5% del territorio nazionale), si avrebbe a disposizione una quantità di energia elettricapari a 2200 TWh, che corrisponde a circa 189 Mtep in unità equivalenti al petrolio. Pertanto,
rimanendo nei limiti indicativi e approssimativi dell’esempio, si può concludere che il consumo
di combustibili fossili, oggi pari a 171 Mtep, potrebbe essere coperto, anche in prospettiva di
crescita, dal solo fotovoltaico. A prima vista tale risultato può apparire utopistico, soprattutto se
si considera la dimensione dell’area da occupare con gli impianti come se essi fossero tutti da
concentrare in una sola zona. A ben guardare, però, tale dimensione va ottenuta dalla somma
delle aree di un grande numero di appezzamenti, proprio quelli che corrispondono pressappoco
alle aree agricole abbandonate oggi esistenti, comprese le coperture degli edifici industriali. In
definitiva, in una visione diffusa sul territorio dell’applicazione degli impianti, la disponibilità
delle aree non sembra costituire un limite alla produzione di energia solare nel nostro Paese.
6 – LE PRINCIPALI DIFFICOLTÀ: COSTI DI PRODUZIONE E IMPATTO
AMBIENTALE
La natura diffusa sul territorio dell’energia solare (compresa l’eolica che da essa deriva) può
considerarsi un pregio in quanto essa porta a valutazioni strategiche positive circa l’autonomia
dell’approvvigionamento energetico e la flessibilità dell’applicazione. Purtroppo, per altri versi, tale
natura costituisce un difetto: infatti le diverse tecnologie di sfruttamento devono fare i conti con il
valore relativamente basso della densità energetica superficiale. Ciò fa sì che la diffusione nell’uso
delle fonti rinnovabili incontri due principali ostacoli:
a) Il primo è di natura economica. La
bassa densità della radiazione solare, (che ci pervienegratuitamente), ha come conseguenza il fatto di dover usare
vaste aree per le superfici captantidegli impianti al fine di produrre significative quantità di energia. Come è noto, i costi di
fabbricazione degli impianti sono direttamente proporzionali all’area di dette superfici e la loro
ampiezza porta ad un
alto costo per unità di potenza prodotta. Inoltre, a tale costo contribuisceanche la vastità dell’area territoriale su cui gli impianti vengono alloggiati. Tutto ciò, a sua volta,
porta ad un
costo di produzione dell’unità di energia che, in genere, è più alto di quello dellecentrali convenzionali
. Allo stato attuale delle tecnologie, la competitività del costo energetico è11
stata ottenuta soltanto dall’eolico, mentre le altre fonti si trovano tutte più o meno distanti dalla
concorrenzialità. Per mitigare questa carenza economica si può far ricorso all’argomento dei
benefici ambientali e alla loro quantificazione, argomento che è oggetto attualmente di ampia
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