Così le nuove tecnologie trasformeranno il settore energetico

La pandemia da nuovo coronavirus ha avuto un impatto anche sul settore energetico. Ma l’altra faccia della medaglia mostra la possibilità di convertire la crisi in un’opportunità di trasformazione del settore dell’energia verso un sistema "resiliente", in grado di adattarsi e convivere con uno scenario in continuo mutamento. In questo panorama, giocano un ruolo fondamentale le nuove tecnologie, che contribuiscono alla transizione energetica.

La transizione del mercato energetico

Il lockdown ha permesso da un lato la riduzione delle emissioni di anidride carbonica, mentre dall’altro ha favorito le energie rinnovabili che, come spiega il Direttore esecutivo dell’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA), Fatih Birol, "hanno retto". Non solo. Per la prima volta in assoluto, infatti, la produzione da fonti rinnovabili ha superato quella dei combustibili fossili: "Nonostante le difficoltà causate dalla crisi del Covid-19, diversi sviluppi recenti ci danno motivo di crescente ottimismo sulla capacità del mondo di accelerare la transizione verso un’energia pulita e raggiungere gli obiettivi energetici e climatici", ha dichiarato Birol nel report Prospettive di tecnologia energetica 2020. Anche l’analisi effettuata da CESI, azienda italiana leader mondiale nel campo dell'innovazione tecnologica, della consulenza e del testing per il settore elettrico, ha evidenziato come la crisi "rappresenti quello che potrebbe accadere fra cinque anni in termini di penetrazione delle Fonti energetiche rinnovabili (FER) rispetto al carico: 44% nel 2020, 30% nello stesso periodo del 2019".

Ma le misure imposte durante la pandemia hanno evidenziato anche la necessità di creare reti intelligenti, in grado di far fronte agli improvvisi cambiamenti dello scenario esterno. Negli ultimi anni, questa eventualità è sempre stata accostata al cambiamento climatico e agli eventi atmosferici estremi, ma ora il concetto di “resilienza” sta cambiando: "A causa dei cambiamenti inediti nella domanda di energia elettrica e nel mix di generazione durante il lockdown, i sistemi elettrici di tutti i Paesi hanno dovuto far fronte repentinamente a condizioni di funzionamento estreme, dovendo comunque assicurare la stabilità delle reti e la continuità del servizio", ha spiegato il CEO di CESI, Matteo Codazzi. Nonostante la provata capacità nel garantire il soddisfacimento della domanda, gli ultimi mesi hanno messo in evidenza la necessità di intervenire per rendere il sistema più flessibile, mantenendo la sicurezza e la garanzia di fornitura. Non solo: è necessario evitare le peggiori conseguenze del cambiamento climatico, continuando sulla strada della riduzione delle emissioni di anidride carbonica. Per soddisfare queste esigenze, stanno emergendo innovazioni tecnologiche volte a favorire una transizione del mercato energetico, in cui le fonti rinnovabili diventino protagoniste.

Verso un mercato più flessibile

In un panorama energetico di questo tipo, che si apre sempre più alle fonti di energia rinnovabile variabili (VRE), è fondamentale creare un sistema flessibile, in grado di mantenere l’equilibrio tra domanda e offerta. La riduzione dei costi dell’energia solare ed eolica ha posto la necessità di adattare i sistemi a queste nuove fonti, la cui produttività dipende dall’ambiente esterno, che le rende profondamente variabili e non programmabili. Per creare un sistema flessibile sono necessarie la decentralizzazione delle risorse del sistema (che porta a una migliore gestione della domanda), la digitalizzazione (che permette una risposta più rapida alle esigenze) e l’elettrificazione anche dei settori che attualmente fanno uso diretto di risorse fossili (ad esempio il trasporto su strada). Utili a questi scopi sono le nuove tecnologie che si stanno sviluppando in diversi Paesi e che l’Agenzia internazionale per le energie rinnovabili (IRENA) ha diviso, nel Report Innovation landscape for a renewable-powered future: solutions to integrate variable renewables, in 30 categorie, raggruppate in 4 dimensioni: tecnologie abilitanti, business models, market design e system operation.

Le tecnologie abilitanti sono fondamentali nel facilitare l’integrazione delle energie rinnovabili nel sistema. Alcune delle strategie che possono essere messe in atto comprendono l’uso di batterie in grado di immagazzinare l’elettricità nei periodi di surplus per utilizzarla al bisogno, compensando la variabilità delle energie rinnovabili, e l’uso di tecnologie digitali, che permettono la trasmissione in tempo reale di tutte le comunicazioni e informazioni della rete. Un esempio è il Blockchain, una tecnologia in grado di registrare in modo sicuro tutte le transizioni che avvengono in una determinata rete. Tra le tecnologie abilitanti prende posto anche l’elettrificazione spinta, che mira a eliminare l’uso dei combustibili fossili nei settori finali come trasporti, abitazioni e industrie.

La seconda dimensione è composta da business models, cioè da modelli innovativi di business che possano dare maggiori responsabilità ai consumatori, trasformandoli in soggetti attivi. Questi modelli risultano essenziali per monetizzare il nuovo valore creato dalle tecnologie e consentirne la distribuzione, operando in due direzioni. Da un lato, infatti, l’obiettivo è quello di responsabilizzare il consumatore, data la disponibilità a tutti i livelli delle risorse energetiche per la produzione di elettricità, mentre dall’altro il sistema potrebbe puntare all’approvvigionamento di energia nelle aree densamente popolate, tramite la costituzione di cosiddette energy communities. In casi opposti, ossia in presenza di comunità in aree remote, può essere una soluzione efficiente la costituzione di centri locali di produzione da energie rinnovabili connesse ai carichi tramite reti locali (mini- o micro-grids). In entrambi in contesti assumono particolare rilievo gli aggregatori, che uniscono tanti piccoli sistemi di accumulo, creando una sorta di centrale virtuale.

La velocità dell’innovazione tecnologica richiede un rapido affiancamento di nuovi business models, fondamentali per stare al passo con la transizione energetica in atto. Ma non basta. Fondamentale diventa anche adattare il design di mercato alle nuove sedi e ai nuovi sistemi, per consentire la creazione di flussi di reddito adeguati. Si tratta di una evoluzione che riguarda sia il mercato all’ingrosso che quello al dettaglio, per rendere il sistema elettrico ancora più flessibile. L’obiettivo è quello di stimolare nuove opportunità di business in un sistema basato sulle fonti rinnovabili. Ne è un esempio l’introduzione della tariffa time-of-use, che prevede una determinata tariffa a seconda del tempo di utilizzo: i consumatori vengono esposti a prezzi energetici variabili nel tempo, così da poter reagire spostando il proprio consumo.

Infine, in un sistema basato su nuove tecnologie sostenute da un sicuro design di mercato, sono necessarie innovazioni nella gestione del sistema, per integrare nella rete quote sempre maggiori di fonti rinnovabili. Questo obiettivo può essere raggiunto adottando nuovi modi per la gestione della distribuzione e attraverso previsioni metereologiche avanzate, che permettano di pianificare una capacità alternativa durante il periodo in cui si verificano eventi estremi, riducendo le incertezze dovute alla variabilità delle fonti. La sinergia tra queste quattro categorie aumenta la flessibilità di produzione, trasmissione e utilizzo dell'energia, permettendo la transizione verso un sistema energetico sicuro e libero dai combustibili fossili. Nel Report, IRENA ha riassunto questo percorso che, come mostra la figura seguente, parte dalle innovazioni messe in campo per incrementare la flessibilità, per arrivare al sistema finale completamente decarbonizzato, ma nel rispetto dei criteri di sicurezza ed affidabilità.

CESI in prima linea nella ripartenza

La transizione energetica rappresenta una sfida significativa per il mercato, nonostante le numerose innovazioni che stanno emergendo e si stanno sviluppando in tutto il mondo, sull’onda dei cambiamenti causati dalla pandemia da nuovo coronavirus, che hanno dato una spinta in questo senso. E in prima linea nello sviluppo di un mercato energetico flessibile e resiliente emerge CESI, azienda italiana leader mondiale nel campo dell’innovazione e del testing, che propone una serie di soluzioni innovative. Durante il periodo di pandemia l’azienda, attraverso la sua Divisione KEMA Labs, è rimasta al fianco dei propri clienti, garantendo i propri servizi, nonostante l’impossibilità di essere fisicamente presenti nei laboratori, sfruttando la realtà aumentata per portare avanti l’attività di testing. Per questo, CESI ha avviato l’esperienza Remote Labs, che consente l’assemblaggio degli oggetti di prova e l’esecuzione di test con dati condivisi in tempo reale, permettendo al cliente di assistere da remoto a tutto il processo attraverso la realtà aumentata, la digitalizzazione e il video. In questo modo, i clienti diventano "parte attiva del processo di test direttamente da qualsiasi luogo si trovino". I test da remoto consentono di aumentare l’interattività, permettendo di controllare la qualità dei prodotti e consentendo la flessibilità del processo grazie alla possibilità di coinvolgere esperti da tutto il mondo. In questo modo, "la realtà aumentata, la digitalizzazione, l'assistenza remota e gli strumenti video online diventano parte di un nuovo modo di svolgere i test".

Tra le soluzioni principali messe a punto per la creazione di un sistema sostenibile e flessibile, CESI ha sviluppato una serie di nuove strategie, dalle batterie, fino allo smart charging dei veicoli elettrici e all’energy storage. Quest’ultimo rappresenta uno strumento particolarmente efficace, perché permette di accumulare ampie quantità di energia proveniente da fonti rinnovabili variabili (e quindi non programmabili), rilasciando poi la quantità di energia necessaria in maniera programmata, garantendo la fornitura. In questo contesto, CESI ha sviluppato una serie di simulatori del mercato, in grado di accertare quali siano i servizi maggiormente redditizi e i rischi che si corrono. Fondamentale è anche lo sviluppo di infrastrutture di interconnessione e l’incentivazione degli usi finali basati su energia derivata da fonti rinnovabili, come i veicoli elettrici. Come spiega l’Energy Journal, il magazine del CESI, di dicembre 2020, "uno degli elementi che consente di migliorare la flessibilità del sistema è lo stoccaggio dell'energia", tramite batterie che, insieme alla gestione della domanda, sono fondamentali per lo sviluppo di un sistema flessibile. Si tratta, in generale, di interventi che non solo favorirebbero il sistema elettrico, ma aiuterebbero l’intero sistema economico italiano ed europeo attraverso la loro realizzazione.

Per attuare la transizione del settore energetico verso un sistema sostenibile, resiliente e flessibile, le innovazioni non bastano.

Fondamentale è anche il supporto delle politiche governative, che dovrebbero sostenere le iniziative del settore tramite finanziamenti per progetti utili a combattere il cambiamento climatico, nonché velocizzare le procedure autorizzative per l’effettiva realizzazione sia degli impianti di generazione da fonti rinnovabili che delle risorse di accumulo.