martedì, maggio 27, 2008

I record eolici della Spagna e della Danimarca: un modello per l'Europa?



created by Eugenio Saraceno

Negli ultimi tempi gli impianti eolici spagnoli hanno guadagnato un certo spazio sui giornali specializzati per aver collezionato record sempre migliori in fatto di percentuale di energia prodotta sul totale nazionale in alcune particolari giornate molto ventose. "Qualenergia" riportava quanto segue:
<< Record eolici spagnoli ed europei.
Lo scorso 22 marzo alle ore 18 l’eolico spagnolo ha stabilito un nuovo record di copertura della domanda di elettricità: 40,8% con 9.862 MW in funzione. >>

E' noto che l'eolico e il solare sono fonti energetiche intermittenti e che le reti elettriche, per come sono realizzate attualmente, rischiano l'instabilità se la quota di potenza prodotta da fonte intermittente supera un 10-20% della potenza totale. La ragione di ciò è che se la fonte intermittente varia drasticamente la potenza erogata (ad esempio bonaccia improvvisa o tempesta di vento che provoca il fermo delle pale in un impianto eolico) si crea un repentino squilibrio tra domanda e offerta di energia elettrica (che devono sempre bilanciarsi) e se il gestore della rete non fosse in grado di far partire rapidamente sufficiente potenza di soccorso da particolari impianti detti di punta (idroelettrico, turbogas, rotativo), il rischio di black out è molto elevato. Maggiore è la quota di potenza intermittente in un dato istante, maggiore è il rischio per il gestore di non avere potenza di riserva sufficiente da qui il limite di sicurezza sopra citato.

E’ necessario considerare anche altre condizioni al contorno quali l'interconnessione di una rete elettrica al proprio interno (tra subregioni elettriche) e con le reti estere che possono fornire istantaneamente un certo margine di potenza di soccorso diluendo l'ammanco su aree e potenze erogate molto grandi. In generale i paesi centro europei sono ben interconnessi con ciascun paese confinante, le isole e le penisole sono ben interconnesse solo nelle regioni più vicine ai confini
Ma allora, nel caso del record spagnolo, si è trattato di un colpo di fortuna o queste precauzioni sono troppo stringenti? E cosa dire dei Danesi che hanno una potenza eolica installata pari a circa il 25% del totale? L'esempio di Spagna e Danimarca può essere seguito dagli altri paesi europei?
Per rispondere a questi dubbi possiamo esaminare questo report delle capacità di generazione nel 2006 in 5 grandi paesi europei + Danimarca estratto da Eurostat.


Il punto forte della Spagna più che l'interconnessione con l'estero più problematica rispetto all'Italia (possibile solo da Francia verso Catalogna e paesi Baschi) è la buona capacità installata di generatori di punta sul totale installato (18 GW di idroelettrico, 1,8 di turbine a gas e ben 3500 di generatori rotativi - grandi motori a combustione interna da pochi MW installabili in modo diffuso con poco spazio ed anche senza acqua di raffreddamento). Al momento del record del 40% la rete richiedeva 25GW di cui una decina erano eolici variabili ed una quindicina carbone e nucleare costanti. Al gestore spagnolo bastava tenere in standby l'idroelettrico e i generatori rotativi al minimo per contrastare qualsiasi variazione drastica, anche del 50%, della potenza che ammontava al 2006 a circa 12 GW.

Ciò fa ben sperare per noi in quanto abbiamo una struttura simile, con molto idroelettrico, ma rispetto alla Spagna noi, oltre ai problemi di interconnessione con l'estero, abbiamo anche problemi di interconnessione tra le nostre subregioni elettriche, ad esempio tra i due lati dell'Appennino. Ciò implica che le due fonti che potrebbero controbilanciarsi, eolico ed idroelettrico, essendo concentrate geograficamente agli antipodi, a sud l'eolico, a nord il grosso dell'idroelettrico possono interagire con difficoltà. Se, per dire, sull'Appennino Apulo-Campano stessimo producendo 1 GW di potenza eolica e vi dovessero essere variazioni importanti, ad es. +/-300MW la potenza idroelettrica che potrebbe bilanciare non si trova nelle vicinanze, bensì sulle Alpi e se in quel momento l'interconnessione fosse satura non potrebbe veicolare la potenza necessaria a soccorrere. Un problema comune ad altre zone ricche di vento, le isole, dove anzi è anche più acuto. Per il nostro paese la soluzione per l'aumento dell'eolico è potenziare le interconnessioni (elettrodotti) , distribuire meglio i generatori (più impianti nel centro che importa da nord e sud intasando le linee) e potenziare gli invasi presenti nel centrosud e nelle isole (sempre che vi sia sufficiente acqua).

Altra importante differenza tra il potenziale eolico spagnolo e quello italiano è il fatto che i venti che spazzano la penisola iberica sono più costanti e prevedibili, quelli che investono la nostra penisola meno intensi e più caratterizzati da turbolenza (meno prevedibili). In ogni caso la potenza intermittente attualmente installata in Italia è ancora inferiore al 10% ed il gestore Terna ha gia provveduto a far partire i lavori di potenziamento degli elettrodotti, anche con lo scopo dichiarato di prevenire i rischi descritti. Un nuovo collegamento con l'estero (Tunisia) è in fase di realizzazione e può contribuire a sfruttare meglio le potenzialità eoliche e solari della Sicilia. Per cui l'apporto dell'eolico e del solare potrebbe crescere ancora in modo rilevante raggiungendo il 4% dei consumi odierni di energia anche senza superare il limite del 20% della potenza installata.

La Francia sembra non possa permettersi di mettere l'idroelettrico al servizio dell'eolico perchè ha già problemi con la flessibilità di bilanciamento della rete pressocchè nulla del nucleare, ciò si riflette nella poca potenza eolica installata. I Francesi potrebbero potenziare il loro parco turbogas ma sarebbe un beffardo destino per un paese che ha un surplus tanto rilevante di energia nucleare trovarsi costretto ad aumentare la dipendenza dal costoso gas proprio ora che è sempre più in dubbio il futuro approvigionamento di questo combustibile. Recentemente sulla stampa francese si è parlato di un grande progetto eolico del governo:. mulini eolici di grande taglia in tutte le regioni ventose (Nord e Provenza) per un totale di alcuni GW. Se la rete francese potrà tollerare questa nuova potenza, sarà grazie al fatto che è ben interconnessa al resto d'Europa. Un possibile rischio è che se contano sull'Italia per bilanciare una variazione improvvisa di vento in Provenza potrebbero avere qualche spiacevole sorpresa. Esiste un precedente ben documentato di black out con effetto domino dovuto al mancato apporto di potenza dall'estero (settembre 2003)

Il caso della Danimarca non è significativo, è realmente troppo piccola la potenza installata e troppo più grandi le inerzie delle reti tedesche e scandinave con cui è fittamente interconnessa che potrebbero produrre anche tutto con l'eolico vendendo e comprando energia dai vicini secondo necessità per bilanciare.

La Germania ha tanto eolico e poco idroelettrico ma ha una rete molto più sviluppata ed interconnessa con Francia, Europa centrale/orientale e Scandinavia. Per variare l'inerzia di quella rete ci vorrebbe un disastro, es. bonaccia completa e inattesa sul Baltico, cosa che è già successa e può succedere ancora, se non si prendono particolari provvedimenti il prezzo da pagare può essere qualche ora di blackout all'anno

Il Regno Unito ha una situazione peggiore della nostra, ha tanto vento ma in teoria non può permettersi di aumentare molto la potenza intermittente perchè ha troppo poco idroelettrico ed è mal interconnessa con il resto d'Europa, infatti hanno meno eolico di noi. Chi ha il pane non ha i denti verrebbe da dire. Per contro i venti sulle isole britanniche sono molto forti e persistenti e sono certo che i gestori della rete britannica sarebbero in grado di trovare soluzioni adeguate se indirizzati da una chiara politica governativa.



[I commentatori e i lettori che lo desiderano, possono inviare materiale che ritengono interessante per la discussione a franco.galvagno@gmail.com. Esso potrà essere rielaborato oppure pubblicato tal quale (nel caso di post già pronti), sempre con il riferimento dell'autore/contributore]

16 commenti:

Lopo ha detto...

Post, come sempre, interessantissimo.
C'è però un problema per la tabella, non si può ingrandire come di solito succede ed è illeggibile...

Frank Galvagno ha detto...

non capisco come mai, di solito uploadare i .jpg genera immagini cliccabili&ingrandibili, è la prima volta che succede. Ho provaato a ricaricarla ma nisba.
:-(

Anonimo ha detto...

Con Firefox basta caricare l'adds "Zoom"
https://addons.mozilla.org/it/firefox/addon/139
oppure scaricare l'immagine sul PC e poi ingrandirla con un programma come IrfanVieW

Ciao

Dario Faccini ha detto...

Oltre ad agire lato "offerta", la rete può essere bilanciata anche lato "domanda". Certo non è una soluzione elegante, attualmente viene tenuta come ultima spiaggia per i periodi di forti consumi con la strategia dei distacchi programmati per aree. Dovrebbe essere possibile però, in alcuni ambiti, "comandare" il consumo spostandolo temporalmente. Penso all'esperimento tedesco di bilanciamento su offerta a sola energia rinnovabile. La rete elettrica stessa può essere veicolo del "comando" oltre a trasportare la potenza, o sbaglio? Certo la rete andrebbe ristrutturata in questo senso, e il costo sarebbe enorme...credo che al Cesi stiano studiando il problema... Comunque credo che un maggior numero di black out dovuti a distacchi programmati(rispetto ad adesso) possano essere accettabili per le utenze domestiche, altro discorso sono utenze specifiche che però potrebbero dotarsi di gruppi di conitnuità o sottoscrivere contratti di fornitura più "sicuri" pagano il servizio.

Anonimo ha detto...

Il problema dell'intermittenza dell'eolico e del solare può essere affrontato con soluzioni a valle come ipotizzato nel post od a monte,riuscendo a trasformare l'intermittenza in continuità. Mi riferisco al Kite Wind Generator ed al Solare termodinamico. Qual è la soluzione più affidabile, meno costosa e concretamente più realizzabile? Paolo Stefanini

Anonimo ha detto...

I danesi hanno il 25% di potenza elettrica proveniente da eolico? e chi glielo dice al "nostro" matteoli?
cinismo a parte i francesi non potrebbero impegnare il surplus di energia elettonucleare notturna per riempire bacini montani? in questo modo potrebbero svincolarsi dal turbogas e integrare eolico con idroelettrico 'artificiale'.
Mimmo.

Anonimo ha detto...

Mi chiedo: ma sarebbe possibile ipotizzare dei bacini "marini"? Cioè, l'Italia ha uno sviluppo costiero enorme, quali sarebbero i problemi tecnologici se volessimo pompare acqua di mare nell'interno (coaste alte immagino, ovviamente) e rimpomparla in mare quando serve energia?

Pippolillo ha detto...

A me viene sempre in mente l'esempio di Schonau, questo paese del sud ovest della Germania, se non ricordo male ha un'indipendenza energetica grazie al solare ed alla co-generazione.
Ma non sarebbe un modello adottabile su larga scala? Invece di pensare sempre a grandi centrali ed infrastrutture per trasportare energia con costi elevatissimi, creare un sistema il più possibile locale di produzione dell'energia?
Insomma, una sorta di federalismo energetico. Ci si slegherebbe in gran parte dal prezzo del petrolio e del gas naturale.
A me sembra che questa mania del centralismo sia uno dei mali della nostra società, o no?

eug1971 ha detto...

Oltre alla jpeg che non si può ingrandire manca anche il trafiletto riportato dal giornale Qualenergia:
<< Record eolici spagnoli ed europei.
Lo scorso 22 marzo alle ore 18 l’eolico spagnolo ha stabilito un nuovo record di copertura della domanda di elettricità: 40,8% con 9.862 MW in funzione. >>

Eugenio

eug1971 ha detto...

Rispondo a Dario.
Il bilanciamento lato domanda è una cosa interessantissima; attualmente nelle reti il più avanzato strumento (ed è tutto dire) disponibile a i gestori è il Piano di Distacco di emergenza che in Italia si chiama PESSE per cui se si suppone che in un certo momento del futuro a breve termine manchi la potenza una serie di clienti domestici (per zone) e/o industriali (singolarmente interrompibili) subiranno un distacco temporaneo. In bolletta dell'energia elettrica trovate i dettagli su come e quando la vostra utenza potrebbe subire interruzioni.
Con Massimo Ippolito, inventore del KiteGen si ipotizzava un meccanismo molto più avanzato che lui ha battezzato "fasometro disgiuntore" in parole povere un interruttore comandato da un sensore che controlla la fase e la frequenza della corrente elettrica ed interrompe l'alimentazione di un apparecchiatura qualsiasi (qualcosa che possa essere interrotto e riavviato a piacimento, magari non un computer) quando le variazioni di fase e frequenza si allontanano dai 50Hz canonici. Il tutto sta in una scatoletta che poniamo tra la presa elettrica e l'utenza, ad es. uno scaldabagno, un condizionatore, un elettrodomestico (non il congelatore) l'alimentazione viene riavviata quando i valori tornano normali. Prodotto in serie può costare pochi euro, i distributori di energia elettrica dovrebbero essere obbligati a fornirlo in comodato d'uso ai clienti che accettano di installarli in cambio di agevolazioni sulle bollette.
E'un meccanismo di controllo sia per i momenti di deficit che di surplus ed agisce localmente e con più prontezza proprio nelle vicinanze della zona della rete dove si è originata la perturbazione (es. una centrale elettrica vicino la vostra città subisce un arresto non programmato per via di guasti, oppure un ondata di freddo o caldo improvviso provoca l'accensione massiva di stufe elettriche o condizionatori).
Purtroppo la regolazione lato domanda non è molto popolare, oggi la tendenza è sempre per aumentare l'offerta, ma per quanto ancora?

Eugenio

eug1971 ha detto...

@Paolo Stefanini

attualmente la regolazione avviene solo a valle perchè le fonti rinnovabili intermittenti (solare FV ed eolico) sono già abbastanza costose e necessitano di incentivi pubblici; renderle dispacciabili con sistemi di accumulo (batterie, idrogeno etc.) non fa altro che far lievitare notevolmente questi costi.

Eugenio

eug1971 ha detto...

@Paolo Stefanini

Riguardo il confronto tra solare termodinamico e KiteGen in particolare per quanto riguarda la capacità di reagire alle variazioni dei carichi di rete (servizio di bilanciamento) la flessibilità di regolazione di un impianto solre termodinamico è pressocchè nulla, impiantisticamente infatti tale soluzione è un banale ciclo a vapore (steam turbine) ed in quanto tale predilige la ricopertura dei carichi di base (costanti) anche perchè le turbine a vapore si usurano tanto più velocemente quanto più manovre (variazioni di carico) vengono effettuate. Diverso il caso di impianto solare termodinamico abbinato a centrale a gas a ciclo combinato (del tipo del progetto di Rubbia per l'impianto Archimede di Priolo) ma qui la flessibilità è dovuta alla copresenza della turbina a gas a monte del gruppo a vapore mentre per la sezione solare termodinamica vale quanto detto prima.
Kitegen strutturalmente è progettato per variare la potenza erogata variando l'efficienza con cui i profili alari intercettano il fronte vento per cui si potrebbe ipotizzare di tenere alcune macchine KWG al minimo e di far variare la potenza erogata in funzione delle necessità della rete.
Eugenio

eug1971 ha detto...

@Mimmo

La regolazione del carico mediante pompaggio su impianti idrici a doppio bacino è attualmente in tutti i paesi dotati di forte componente idroelettrica (Italia, Francia, Svizzera, Austria..) il metodo principale e meno costoso. Energia notturna a basso costo viene impiegata per pompare acqua dal bacino a valle a quello a monte. Di giorno l'acqua viene riturbinata e torna nel bacino a valle
In Italia abbiamo una capacità di 7GW di pompe e si effettuano operazioni per 8-10 TWh.
Il problema è che esiste un limite sia all'utilizzo di impianti esistenti (presenza o meno di acqua nei bacini, disponibilità di energia a basso costo, conflitti con gli usi agricoli) che nell'individuazione e nella costruzione di nuovi impianti a doppio bacino. ricordiamoci sempre che per fare un doppio invaso decente bisogna allagare una valle in alta quota e anche in bassa quota e praticamente oggi non esiste più spazio per fare una cosa del genere in Italia; in particolare per l'invaso in alta è probabile che esistano vincoli naturalistici mentre in bassa è estremamente improbabile non dover sommergere qualche albergo o impianto sciistico o lottizzazione in comproprietà etc. Piccoli invasi potrebbero essere realizzati ma di conseguenza si hanno piccoli apporti.
Usare acqua marina da pompare in invasi artificiali realizzati su coste alte non lo consiglerei perchè l'acqua salina si infiltrerebbe nelle falde d'acqua dolce a meno che non si voglia costruire delle cisterne di cemento impermeabile, ma il cemento ha un costo energetico ed esiste un limite all'area che può essere cementificata.
Insomma non è problema semplice da trattare.

Eugenio

eug1971 ha detto...

@pippolillo

L'esempio tedesco è molto interessante, tuttavia è poco riproducibile in quanto in quel contesto l'apporto del biogas risulta indispensabile per effettuare la regolazione della rete alimentata con fonti intermittenti, il biogas viene bruciato in motori rotativi a pistoni collegati con alternatori. La potenza di questi generatori può variare rapidamente esattamente come per i motori automobilistici ma servono quantità ingenti di biogas per il quale la fonte principale sono le discariche. Se si volesse clonare l'esperienza di Shonau (che ha 4 MW di biogas e sono tanti, è l'output di una media discarica) questo significa che in ogni cittadina da 12000 famiglie (come quella dell'esempio tedesco) dovrebbe esserci una notevole discarica; questo è in conflitto col buonsenso ed anche con la buona pratica del recupero dell'organico, mi pare infatti che se vogliamo generare biogas dobbiamo sottoporre la frazione organica a processi anaerobici mentre per fare il compost aerobici (correggetemi se sbaglio). La mia impressione è che il contributo del biogas nel particolare contesto sia troppo importante rispetto alle potenzialità che questa fonte esprime nella realtà; probabilmente si è sfruttata la situazione del territorio in cui era presente una discarica, dove non c'è la discarica o non è sufficientemente produttiva di biogas probabilmente si userebbe metano venendo meno il vincolo 100% FER.

Saluti
Eugenio

Anonimo ha detto...

Il problema dell'intermittenza e' risolto con un adeguato accoppiamento previsioni / meteo gestione rete.
La necessita' di riserva calda si puo' ridurre al 5% con previsioni a 3-4 ore, oppure si puo' aumentare la percentuale di eolico.
I piani di sviluppo irlandesi riportano con tranquillita' potenze di 10000 MW installabili entro il 2020 (1.6 il carico di punta previstoper quell'anno, 40% energia richiesta) con ambiziose esportazioni verso il continente.

Anonimo ha detto...

Firmato

Andrea Mansoldo