Un forum scientifico permanente per parlare di energia pulita. Questa è l’idea che il Politecnico di Milano, l’Università di Birmingham e l’Università degli Studi di Napoli Federico II hanno lanciato al 9° International Conference sull’Energia elettrica pulita che si è tenuta a Villasimius in Sardegna alla fine di giugno. Lo scopo è far sì che si confrontino esperienze e si conoscano le innovazioni in questo settore sempre più strategico della ricerca anche a fronte del cambiamento climatico.
Quello che è emerso chiaramente dai lavori è che, in futuro, l’energia elettrica dovrà essere prodotta da fonti rinnovabili. Su questo tema c’è abbastanza accordo, anche se c’è ancora chi pensa che la transizione abbia bisogno di tempi più lunghi e che si dovrà contemperare con l’uso delle fossili rimaste disponibili, oppure chi ritiene che si debba puntare su ulteriori nuove fonti.
L’energia elettrica e la sicurezza nella sua fornitura si rivelano, in questa prospettiva, sempre più cruciali per favorire la ricchezza di un Paese, tanto che l’integrazione delle fonti rinnovabili nel sistema elettrico è un tema in cima a qualsiasi agenda.
Date queste premesse, è chiara la direzione verso cui puntano gli sforzi dei tecnici e della ricerca.
Le rinnovabili che in questo momento contano sono: l’idroelettrico (con all’attivo 140 anni di esperienza e conoscenze consolidate su come usarlo), il fotovoltaico, che è esploso negli ultimi 20 anni e l’eolico. Ci sono alcune altre fonti rinnovabili, ma sono veramente poca cosa rispetto a queste tre.
È bene ricordare, però, che le fonti rinnovabili pongono molte sfide, perché sono parecchio diverse dalle fonti fossili che abbiamo usato con abbondanza negli ultimi 140 anni circa.
Le differenze fra rinnovabili e fossili
Ecco alcune caratteristiche che differenziano le fonti rinnovabili da quelle fossili tradizionali:
- le fonti rinnovabili sono poco o per niente programmabili: il fotovoltaico produce energia quando c’è il sole;
- le fonti rinnovabili producono attraverso impianti di media o piccola taglia: una centrale a gas ha una potenza nominale dai 300 MVA (Megavolt Ampere) in su e alcune centrali a carbone arrivano a 2.000 MVA, ad esempio la centrale a carbone di Civitavecchia, l’ultima rimasta in Italia assieme a quella di Brindisi, entrambe in stand by e su cui pende l’ipotesi di chiusura;
- le centrali tradizionali sono grandi e hanno dei generatori rotanti: mentre fotovoltaico ed eolico si presentano interfacciate con dei convertitori statici, che si basano su dispositivi di elettronica di potenza che non hanno masse rotanti.
Per capire cosa comportino tali differenze e quali implicazioni abbiano nella vita reale, abbiamo approfondito queste questioni con Massimiliano Chiandone, ricercatore presso il Dipartimento di ingegneria e architettura dell’Università di Trieste. “La gestione della potenza reattiva e la sua riserva sono alla base di quasi tutti i grandi black out e dalle prima analisi sembra che anche ciò che è accaduto in Spagna il 28 aprile scorso non si discosti da questo”, spiega il ricercatore che nei due studi presentati in occasione della Conferenza Internazionale, ha sviluppato, con il gruppo di ricerca in cui è inserito, il tema della regolazione e del controllo della tensione nelle reti elettriche.
“La tensione elettrica costante è un elemento strategico per garantire il funzionamento degli impianti – spiega l’esperto – perché le nostre apparecchiature, come ad esempio quelle che abbiamo in casa, devono poter contare costantemente sui 230 volt nel corso della giornata, ma la stessa cosa vale anche per un’acciaieria.”
“Un elemento imprevisto come un cortocircuito – continua Chiandone – che è un incidente che capita, pensiamo a un albero che cade sulla linea di trasmissione, ha delle conseguenze che devono essere gestite in maniera strategica”.
Per questo è fondamentale indagare le implicazioni sulla regolazione del sistema e sulla potenza reattiva che serve a mantenere la tensione a un valore quanto più costante possibile. Ma entriamo più nel dettaglio dei risultati prospettati dai due interessanti studi.
Centrali a energie rinnovabili, cortocircuiti e black out
Il primo: “Study of the impact of the increasing penetration of renewable energy sources on voltage sags in HV networks”, parte dalla domanda: cosa succede in caso di cortocircuiti se le centrali tradizionali vengono sostituite da produzioni alimentate da energia rinnovabile? Ciò che emerge è che, in sostanza, i cortocircuiti hanno un impatto su un’area più grande: un cortocircuito occorso in una zona si trasmette a maggiore distanza. Quindi la rete diventa più vulnerabile. Un’analisi previsionale, a quel punto, diventa strategica, specie a fronte degli scenari metereologici che si prospettano con il cambiamento climatico.
“Assieme al prof. Stefano Quaia, abbiamo sviluppato un software – afferma Chiandone – che ci permette di prevedere la diffusione dei cortocircuiti e quindi di fare ragionamenti sugli investimenti che servono per mantenere la sicurezza che è richiesta alle reti elettriche”.
La necessità di ottimizzare la produzione e di migliorare la distribuzione non è disgiunta dall’esigenza di ragionare sui costi. Questo tema viene chiarito anche nel paper: “Cost allocation of reactive power considering generator consumption”.
“Cerchiamo – spiega ancora Chiandone – di dare un valore all’energia reattiva che serve per regolare la tensione. Lo facciamo prendendo in considerazione le perdite nella rete e le variazioni del rendimento dei generatori. Il costo dell’energia reattiva (che è una componente che in sostanza non si paga in bolletta se non sottoforma di una penalità) è un tema abbastanza importante, anche se spesso un po’ dimenticato”.
Sicuramente rimarrà dimenticato fintanto che ci saranno le grandi centrali a fonti fossili, perché l’energia reattiva la producono loro. Ora che piano piano si stanno spegnendo e lavorano sempre meno, è però utile incominciare ad accendere l’attenzione su questi aspetti, che sono decisivi anche sotto il profilo etico per affrontare le sfide dei cambiamenti climatici.