In che modo la svolta energetica sta influenzando la nostra rete elettrica?
L'approvvigionamento energetico sostenibile con energie rinnovabili e lo scambio di energia elettrica a livello europeo pongono una serie di sfide alla nostra rete elettrica, sia in termini di funzionamento della rete che di pianificazione. D'altro canto, esistono molte soluzioni e concetti operativi possibili per la rete elettrica di domani. Una panoramica da una prospettiva tecnica.
Come dobbiamo riorganizzare il nostro sistema energetico per poter garantire un elevato livello di sicurezza di approvvigionamento elettrico nel lungo periodo? Questa domanda centrale è al centro della manifestazione "La rete elettrica del futuro"L'Energy Science Center (ESC) dell'ETH di Zurigo terrà questa settimana una conferenza sul tema. Il tema è tanto appassionante quanto complesso: difficilmente ci saranno risposte semplici. Una cosa è certa: La svolta energetica e l'aumento del commercio di energia elettrica in Europa stanno avendo un forte impatto sul funzionamento delle nostre reti elettriche. In questo articolo vorrei spiegare in modo più dettagliato le sfide tecniche che ne derivano e le possibili soluzioni.
L'elettricità da fonti rinnovabili è meno prevedibile
L'Europa sta sviluppando nuove energie rinnovabili a ritmo sostenuto. Il numero crescente di turbine eoliche e di impianti fotovoltaici, in particolare, sta portando a incertezze nel funzionamento della rete, perché questi sistemi producono elettricità solo in modo intermittente - in altre parole, a seconda che soffi il vento o splenda il sole. Con una capacità installata di quasi 130 GW di eolico (8% del volume annuale di elettricità) e 87 GW di fotovoltaico (3%) in Europa alla fine del 2014 [1], la produzione di elettricità sta diventando ancora più dipendente dal tempo e quindi meno prevedibile per i produttori e gli operatori di rete.
Lo scambio di energia elettrica integra le energie rinnovabili
Anche il commercio di energia elettrica è un importante fattore di influenza. Negli ultimi 40 anni, il volume di elettricità scambiata in Europa è aumentato di otto volte, mentre il consumo di elettricità è aumentato. solo è più che raddoppiata [2]. Oggi, più del dodici per cento del consumo annuale di elettricità in Europa viene scambiato attraverso i confini nazionali [3]. In passato, erano soprattutto i Paesi confinanti a commerciare tra loro e i flussi di elettricità tendevano a essere statici e quindi facilmente pianificabili grazie a contratti di fornitura a lungo termine. Al giorno d'oggi, i mercati spot sono scambiati su base oraria o addirittura di un quarto d'ora, e sempre più spesso in tutta Europa, dalla Norvegia al Portogallo.
Il commercio di energia elettrica svolge quindi una funzione importante: integra l'elettricità instabile proveniente da fonti di energia rinnovabili. Se un fronte di vento o buone condizioni meteorologiche portano a grandi quantità di energia eolica o solare in una regione, le piattaforme di scambio di energia elettrica organizzano il bilanciamento energetico a livello europeo in modo sorprendentemente efficiente e solitamente preciso.
Cambiamento dei flussi di corrente nella rete ad alta tensione
La produzione irregolare di energia elettrica da fonte eolica e fotovoltaica e il crescente commercio di energia elettrica stanno modificando i modelli di flusso di energia elettrica al livello più alto della rete, la rete ad alta tensione o di trasporto (220/380 kV), i cui carichi sono quindi più difficili da prevedere. Questi cambiamenti dei flussi di carico, talvolta di portata europea, avvengono spesso in modo incontrollato, talvolta con effetti collaterali indesiderati: Se l'energia eolica genera una quantità particolarmente elevata di elettricità in un paese, i flussi di carico modificati possono portare a strozzature della rete non pianificate. Questo può arrivare al punto di costringere i Paesi limitrofi a spegnere intere centrali elettriche. I gestori delle reti nazionali stanno quindi già utilizzando i cosiddetti sfasatori per controllare meglio i flussi di carico in corrispondenza di alcuni confini nazionali e ridurre gli effetti indesiderati nelle aree di rete limitrofe.
L'evoluzione dei flussi di energia elettrica nella rete di trasmissione europea ha un impatto anche sulla pianificazione della rete a lungo termine. Per garantire l'espansione o il rafforzamento della rete laddove necessario, dobbiamo prevedere con la massima precisione possibile i futuri flussi di elettricità. Rispetto al passato, questo richiede uno sforzo di pianificazione e simulazione molto maggiore.
Problemi di tensione nelle reti di distribuzione
Anche i nuovi consumatori di elettricità, come le pompe di calore e, a lungo termine, la mobilità elettrica, influenzano le reti. Mentre oggi in Svizzera sono già installate più di 250.000 pompe di calore (fine 2014) [4], il numero di veicoli elettrici immatricolati in Svizzera è ancora molto basso, solo poche migliaia. Tuttavia, il loro potenziale per i prossimi anni e decenni è elevato.
La maggior parte degli impianti fotovoltaici e delle pompe di calore, così come tutte le auto elettriche, funzionano sui livelli di rete più bassi, la rete a bassa tensione o di distribuzione (da 220 a 400 V). Se viene generata molta elettricità fotovoltaica, si verifica una sovratensione locale, mentre un consumo maggiore da parte delle pompe di calore e delle auto elettriche porta a una sottotensione. In entrambi i casi, si possono verificare sovraccarichi locali della rete. Questi effetti avranno un forte impatto sui piani di espansione della rete a lungo termine.
La Smart Grid offre un rimedio
Nella maggior parte dei casi, i gestori di rete stanno ancora risolvendo i problemi che si presentano con l'espansione della rete convenzionale, ossia investendo in linee e trasformatori nuovi o più potenti. Tuttavia, alternative come l'accumulo di energia e gli elementi di smart grid stanno diventando sempre più importanti. Una smart grid è una rete elettrica "intelligente" che mette in rete un'ampia varietà di generatori di elettricità, sistemi di accumulo di energia e consumatori e li controlla in modo decentralizzato. Quando si utilizzano i nuovi elementi di rete e i concetti di smart grid, ci sono differenze tra la rete ad alta e a bassa tensione:
Nella rete ad alta tensioneDi conseguenza, alcune tecnologie di rete consolidate stanno assumendo un ruolo sempre più importante: l'attenzione si concentra sulla trasmissione ad alta tensione in corrente continua (HVDC), che può trasportare l'energia su lunghe distanze con basse perdite. L'HVDC permette, ad esempio, di collegare l'Europa continentale con la Gran Bretagna e la Scandinavia Chi siamo attraverso potenti cavi sottomarini. Questo rende possibile il commercio e il trasporto di energia elettrica a livello paneuropeo.
In generale, si può affermare che maggiori capacità di trasporto e di stoccaggio facilitano il funzionamento della rete, il commercio di elettricità e l'integrazione delle energie rinnovabili. Nuovi e più potenti sistemi di pompe e turbine consentono di utilizzare le capacità di stoccaggio esistenti in modo più efficiente e flessibile nel settore delle centrali elettriche ad accumulo con pompaggio. Tuttavia, è necessario trovare un compromesso sostenibile a lungo termine tra gli elevati costi di investimento e i vantaggi operativi che si possono ottenere. Le centrali di pompaggio, in particolare, sono un elemento importante della svolta energetica. Tuttavia, poiché i modelli di business del settore elettrico sono in continua evoluzione, gli investimenti su periodi molto lunghi (fino a 40 anni e oltre) sono molto incerti. Questi sono alcuni dei principali risultati di uno studio trilaterale sulle centrali di accumulo con pompaggio per i ministeri dell'energia di Svizzera, Austria e Germania, a cui ha partecipato il Centro di Scienze dell'Energia dell'ETH di Zurigo [5].
Nella rete di distribuzione Il compito principale è quello di integrare meglio gli impianti fotovoltaici e i nuovi tipi di consumatori, come le pompe di calore e le auto elettriche. In questo caso, gli elementi e i concetti di smart grid possono contribuire efficacemente a migliorare l'integrazione del fotovoltaico e a ridurre in generale i carichi di rete. Le moderne tecnologie di rete dovrebbero essere vantaggiose anche a lungo termine, poiché un'espansione convenzionale delle reti di distribuzione sarebbe probabilmente più estesa e quindi più costosa.
Partecipate alla discussione!
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Ulteriori informazioni
[1] EurObserv'ER 2015: pagina esternaCollegamento a
[2] Informazioni sull'elettricità 2013 dell'AIE (Tabella 2.13): pagina esternaqui
[3]Statistiche annuali ENTSO-E e retrospettiva sull'adeguatezza 2013: pagina esternaCollegamento a
[4] Statistica dell'UFE sull'elettricità 2013.
[5] Studio trilaterale sul futuro delle centrali di pompaggio in Svizzera, Austria e Germania, 2014: pagina esternaStudio