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Sfruttare sole, vento e acqua: i dati sul clima daranno un impulso al settore dell’energia pulita?

Sfruttare sole, vento e acqua: i dati sul clima daranno un impulso al settore dell’energia pulita?
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L’energia rinnovabile sarà al centro delle strategie postpandemiche di ripresa e decarbonizzazione dell’economia. Ecco perché i produttori di energia pulita e gli operatori delle reti si concentrano sempre più sui dati climatici per ottimizzarne la produzione.

Il 2019 è stato un anno eccezionalmente luminoso per gli europei: dall’inizio degli anni ’80 il continente non vedeva così tante ore di sole. L’elevata eliofania è stata positiva per l’industria dell’energia solare, la cui capacità di produzione è più che raddoppiata rispetto al 2018, l’incremento più elevato verificatosi nell’ultimo decennio. Le fonti rinnovabili diventano sempre più importanti: nel 2019, la fornitura di questo tipo di energia nell’Unione Europea ha raggiunto una quota record del 34,6 percento. E anche se la pandemia del Covid-19 ha messo un freno allo sviluppo di nuove strutture per la produzione di energia pulita, resta un settore con un ruolo centrale per la ripresa dell’economia europea ed essenziale per raggiungere l’obiettivo recentemente rivisto di ridurre le emissioni del 50-55 percento entro il 2030. Quest’industria, dunque, ha una doppia missione: accaparrarsi rapidamente la fetta più grossa del sistema energetico, diventando, allo stesso tempo, più affidabile ed efficiente, anche con un clima sempre più mutevole che altera i rischi.

Fonti: dati EUROSTAT fino al 2017; calcoli Agora Energiewende e Sandbag per il 2018 e il 2019; previsioni per il 2030 da “Strategia a lungo termine”, Commissione Europea 2018.

“La transizione all’energia pulita è uno dei pilastri del pacchetto per la ripresa proposto dalla Commissione Europea alla fine di maggio”, spiega la Commissaria Europea all’energia Kadri Simson. “Il Green Deal europeo è la strategia che vogliamo adottare per ottenere la neutralità climatica entro il 2050, rendendo la nostra economia più competitiva”, aggiunge la Commissaria. L’UE può incrementare significativamente la quota di rinnovabili nel suo mix energetico e ottenere un profitto, secondo l’Agenzia Internazionale per le energie rinnovabili (IRENA). La riduzione dei costi della tecnologia punta in quella direzione e, mentre le previsioni da record del 2020 per le fonti rinnovabili sono state attenuate, l’industria a bassa emissione di carbonio dovrebbe riprendersi, grazie anche alla diminuzione della domanda di petrolio e gas, che si prevede continuerà anche dopo la pandemia.

Le fonti rinnovabili sembrano essere a prova di crisi economiche, ma devono dimostrare di essere anche a prova di cambiamenti climatici e di alcuni tipi di fenomeni meteorologici estremi che stanno diventando sempre più frequenti. Cambiamenti delle temperature, precipitazioni, radiazioni, livello del mare, particelle dell’aria e tempo estremo come ondate di caldo, allagamenti o siccità possono influire sulle infrastrutture e sulla produzione di energia rinnovabile, oltre ad avere effetti sulla richiesta di energia.

La produzione idroelettrica in Europa continua a subire cali. L’anno scorso, la diminuzione delle precipitazioni e l’aumento della temperatura hanno causato una riduzione della produzione del 6%, secondo Agora Energiewende, in quanto le ondate di caldo associate alla scarsità di precipitazioni che ha colpito Francia, Spagna, Italia e Portogallo ha abbassato il livello dell’acqua durante la primavera e l’estate, riflettendo l’analisi della portata dei fiumi descritta dal Rapporto sullo stato del clima in Europa del 2019. Alcuni scienziati prevedono che i cambiamenti delle precipitazioni e della temperatura potrebbero incrementare la produzione di energia elettrica del Nord Europa e ridurla nel sud.

Fonte dati: modello-analisi della portata dei fiumi Copernicus EMS. Credit: Copernicus Emergency Management Service (Copernicus EMS)/ECMWF.

Le previsioni sulla forza dei venti restano incerte, ma anche piccoli cambiamenti possono influenzare enormemente la produzione di energia. Nel 2018, la debolezza dei venti estivi ha provocato una riduzione del 20% della produzione rispetto agli anni precedenti. Gli eventi atmosferici estremi e l’innalzamento del livello del mare possono avere effetti sulle infrastrutture dei parchi eolici onshore e offshore. Anche l’energia solare deve fare i conti con i cambiamenti climatici, e alcuni studi prevedono radiazioni solari più elevate in Europa (fino al 10% in più) che incrementeranno la produzione. Tuttavia, un futuro più caldo potrebbe contrapporsi a quell’effetto perché i pannelli fotovoltaici (PV) diventano meno efficienti quando le temperature si alzano.

Fonte: dati sulle ore di sole EUMETSAT CM SAF. Credit: Copernicus Climate Change Service (C3S)/EUMETSAT CM SAF/DWD.

“La ricerca sul clima ci dice che i fenomeni meteorologici estremi saranno sempre più frequenti, ma quanto? Si tratta di domande essenziali per poter garantire la produzione di energie rinnovabili”, spiega Colin McKinnon, Amministratore Delegato dell’Institute of Environmental Analytics (IEA). “I dati climatici sono essenziali per calcolare il fabbisogno di energia e la capacità produttiva, soprattutto nel settore delle fonti rinnovabili”, spiega la Commissaria Simson.

I produttori di energia rinnovabile devono gestire l’incertezza del clima durante l’intera durata dei loro progetti, perciò disporre di dati climatici sta diventando essenziale per aumentare la quota di rinnovabili nel mix energetico. Gli operatori delle reti devono avere a disposizione previsioni su eventi meteo estremi che potrebbero avere conseguenze sulle linee di trasmissione, ad esempio alluvioni, tempeste, ondate di caldo, neve, anche per poter equilibrare domanda e offerta a seconda delle condizioni climatiche che influenzano la produzione e il consumo di energia.

“Le informazioni climatiche forniscono elementi cruciali da prendere in esame durante il processo decisionale in fasi diverse dei progetti”, secondo il team del clima della compagnia spagnola Iberdrola, che ha un vasto portafoglio di progetti rinnovabili in tutta Europa. L’azienda coniuga misurazioni sul campo e informazioni climatiche a breve e lungo termine per ogni progetto. Nel caso dell’energia eolica, ad esempio, Iberdrola utilizza i dati climatici e i modelli atmosferici per stabilire quali siano i siti più adatti all’installazione di turbine e per stimare la loro capacità produttiva per l’intero ciclo di vita.

“I dati climatici sono impiegati nei modelli per calcolare il consumo e la produzione delle centrali solari, eoliche, idroelettriche e termali, che a loro volta sono utilizzati nei modelli dei sistemi energetici per studiare l’adeguatezza del mix energetico”, dice il dottor Gabriel Bareux, vicedirettore dei sistemi di informazione e comunicazione di RTE, l’operatore dei sistemi di trasmissione francese. “Per quanto riguarda le infrastrutture, siccome i componenti sono installati per almeno ottant’anni, è assolutamente necessario valutare i potenziali rischi per le installazioni esistenti e per quelle future, che dovranno sopravvivere a un clima diverso”, afferma il dottor Bareux.

“Immaginate di voler costruire una nuova centrale solare”, dice il dottor Etienne Wey, direttore generale di Transvalor, che fornisce, fra altre cose, dati meteorologici e sulle radiazioni solari. “La banca vi finanzierà soprattutto in base alle stime di quanta energia riuscirete a produrre nei prossimi vent’anni”, spiega il dottor Wey. “Cinque anni fa, il livello di incertezza per le nuove centrali solari non era così importante perché il costo a cui i governi o gli operatori delle reti energetiche erano disposti ad acquistare un kilowattora era molto alto rispetto a quello attuale. Oggi, il mercato è molto competitivo, perciò qualsiasi incertezza può fare la differenza fra profitto e perdita”, spiega il dottor Wey.

“Utilizzare dati climatici nell’industria energetica è diventato molto più comune negli ultimi cinque anni”, dice il dottor Alberto Troccoli, direttore e cofondatore del World Energy and Meteorological Council (WEMC). Il WEMC è a capo del servizio operativo per il settore energetico del Copernicus Climate Change Service (C3S), che offre dati climatici utilizzabili, quasi in tempo reale per chi si occupa di energia.

Le osservazioni climatiche del passato sono tra le più comuni fonti di dati utilizzate per modellare i sistemi energetici. Esaminare eventi passati, come ondate di freddo o di caldo e il loro impatto sull’energia solare ed eolica, ad esempio, può suggerire cosa potrebbe succedere in una situazione futura simile. “Questo approccio è utile per pianificare i prossimi cinque anni, ma con prove sempre più evidenti del cambiamento climatico, utilizzare dati del passato per le previsioni future significa escludere informazioni importanti”, dice il dottor Bareux di RTE. “Ad esempio, l’ondata di calore del 2003, un fenomeno che non si era mai verificato in passato, potrebbe diventare la nuova norma entro il 2050. È un fattore essenziale da tenere in considerazione per le simulazioni del sistema energetico del futuro”, aggiunge il dottor Bareux.

Il servizio C3S offre dati storici, previsioni stagionali e proiezioni multiannuali, oltre a indicatori di energia. “Abbiamo modelli che studiano come il clima influenzerà la domanda”, dice il dottor Troccoli. “In Europa, la temperatura sta aumentando nella maggior parte dei Paesi, e questo provocherà un incremento della domanda, anche se il consumo potrebbe essere irregolare”, aggiunge il dottor Troccoli. “Anche la variabilità climatica sta cambiando, e i modelli climatici possono indicare in quali periodi una fonte di energia sarà più variabile di altre”.

Il servizio mappa la variabilità climatica ed energetica in tutto il continente. I dati climatici aiuteranno gli operatori del settore energetico ad anticipare i cambiamenti causati dal clima per supportare l’industria (ad esempio ondate di freddo, di caldo e siccità), ma anche ad analizzare in che modo la temperatura può influenzare la domanda di elettricità nel continente, e in che modo questo si colleghi alla variabilità della produzione di energia rinnovabile.

Un esempio di rappresentazione degli scenari dell’energia solare per i prossimi dieci anni con il modello energetico preoperativo di Copernicus Climate Change Service.

Le informazioni climatiche possono aiutare i governi e i produttori di energia a stabilire il giusto mix di rinnovabili per i loro sistemi energetici. Come preambolo del suo servizio, il C3S ha lanciato nel 2017 il progetto European Climatic Energy Mixes Demonstrator. “Aiuta a valutare in che modo vari mix di forniture energetiche in Europa riusciranno a soddisfare la richiesta, concentrandosi sul ruolo che il clima assume nella combinazione delle fonti di energia”, dice il signor McKinnon di IEA, che ha sviluppato il progetto per il C3S. Il loro progetto più recente con il C3S si focalizza sulla creazione di standard di resistenza delle infrastrutture al clima. Questo aiuterà ingegneri, architetti e autorità a fare in modo che i progetti, inclusi quelli relativi all’energia rinnovabile, siano adatti alle sfide poste dalla variabilità climatica e ai rischi derivanti dagli eventi meteorologici estremi.

“Siccome la quota di rinnovabili aumenta e l’elettrificazione viene impiegata in altri settori (trasporto, riscaldamento, raffreddamento, ecc.), i dati climatici assumono un ruolo importante anche per altre applicazioni”, spiega il team Iberdrola. Ad esempio, questi dati potrebbero contribuire a studiare la possibilità di combinare diverse tecnologie di stoccaggio energetico durante un’ondata di caldo per massimizzare la produzione e soddisfare la crescente domanda di energia.

La prossima sfida per soddisfare la necessità di prevedere la variabilità climatica dei produttori e delle reti di energia rinnovabile? “Offrire dati climatici su base oraria è essenziale per il sistema energetico”, dice il dottor Bareux di RTE “perché i modelli del sistema energetico utilizzano un riferimento orario”. Siccome le simulazioni climatiche sono disponibili su base giornaliera o multioraria, spiega il dottor Bareux, gli utenti, che interpretano i dati climatici da soli, potrebbero avere delle difficoltà; una procedura standardizzata per tutti potrebbe dunque essere una soluzione.