Nel dicembre 2019, la Commissione europea ha presentato l'European Green Deal, il piano per rendere l'Europa neutrale dal punto di vista climatico entro il 2050. Come passaggio intermedio (Fit for 55), l'UE ha alzato la sua ambizione climatica per il 2030, impegnandosi a ridurre le emissioni di almeno il 55% entro il 2030. L'UE aspira a diventare il primo continente a rimuovere dall'atmosfera almeno la stessa quantità di CO2 che produce entro il 2050! Secondo l'ultimo rapporto dell'IPCC (Intergovernmental panel on climate change) è molto più economico tagliare le emissioni subito, utilizzando le rinnovabili invece di carbone, gas e petrolio, piuttosto che rimuoverle successivamente. Infine, l’UE con il RepowerEU accelera il processo di decarbonizzazione per rendere l’UE indipendente dal gas russo.
Lo sviluppo di soluzioni tecnologiche per lo stoccaggio dell'energia (quali batterie, idrogeno, gas di sintesi, ecc.) e tecnologie avanzate per applicazioni nelle reti intelligenti, consentiranno di accelerare il processo di di transizione energetica e di smartizzazione delle reti energetiche integrate, favorendo la profonda decarbonizzazione del sistema economico nazionale ed europeo.
La transizione energetica dovrà essere caratterizzata da un continuo aumento della penetrazione dei sistemi di generazione distribuita da fonti rinnovabili (FER), da un massiccio incremento dell'efficienza energetica (con attenzione al consumo energetico degli edifici) e, contestualmente, da un maggiore utilizzo di energia elettrica per soddisfare i fabbisogni tradizionalmente richiesti per l'utilizzo diretto di combustibili fossili (in particolare il riscaldamento domestico e gli impianti legati alla mobilità e all'autotrasporto). Per supportare questa transizione energetica sarà necessaria una gestione del sistema che sfrutti nuove risorse al fine di garantire adeguati livelli di sicurezza e stabilità del sistema e quindi è necessario un nuovo paradigma di risorse distribuite decentralizzate che richieda sistemi ibridi di piccola scala.
A tale scopo è necessaria la definizione di un nuovo modello di organizzazione energetica e sociale basato sulla produzione e il consumo di energia da fonti rinnovabili - sarà necessario avere circa il 70% di fonti rinnovabili sulla rete elettrica, definendo un processo condiviso di innovazione sociotecnica che, partendo dal basso, coinvolga i cittadini/utenti verso la creazione di nuove modalità per il soddisfacimento dei loro bisogni energetici. Modalità che riguardano la cooperazione nella generazione, nell’uso razionale e nella commercializzazione dell’energia derivante dalle fonti rinnovabili che, nonostante la loro non programmabilità e una certa difficoltà nella predicibilità, porti in conto le nuove sfide relative alla pianificazione delle reti.
Con queste premesse, il territorio può diventare quindi attore attivo e fattivo di un processo di innovazione tecnologica sostenibile e, per favorire il cambio di passo energetico, sono necessari nuovi modelli di gestione dell’energia, nuove regole di mercato, nuove tecnologie ed innovativi sistemi integrati di gestione della generazione e dell’accumulo dell’energia (anche “non convenzionale”) oltre l’implementazione di meccanismi di interazione con gli utenti (Demand-Response) secondo modalità avanzate ed in corso di studio per superare le ataviche problematiche che accompagnano la generazione da fonti rinnovabili.
Di fondamentale importanza nella governance della transizione energetica è la corretta definizione dei contributi e l'integrazione (sector coupling) delle diverse filiere energetiche per soddisfare i bisogni. Le FER giocheranno un ruolo sempre più importante, ma è fondamentale tener conto delle loro caratteristiche specifiche: non programmabilità (soprattutto per le fonti solari ed eoliche); l'incertezza nella prevedibilità della capacità di generazione; la mancanza, in generale, di coincidenza temporale tra produzione e domanda legata agli usi finali dell'energia; mancata prestazione di servizi di regolazione (quantomeno limitata). I sistemi di accumulo rivestiranno un ruolo centrale per gli usi convenzionali (energy time shift; servizio di continuità elettrica) e per l'integrazione in rete dell'FRNP (inerzia sintetica, riserva rapida, riserva secondaria e terziaria, risoluzione congestioni di rete, regolazione della tensione), e per far fronte a requisiti globali di sistema della rete (trasmissione e distribuzione) (locale) ed esigenze dell'operatore (produttore/consumatore).
L'obiettivo deve essere quello di massimizzare i benefici economici, ambientali e sociali per progettare e realizzare microreti intelligenti che operano nel quadro delle comunità di energia rinnovabile come disciplinato in Italia dai due Decreti Legislativi (199 e 210 del 2021) che recepiscono rispettivamente le direttive europee 2018/2001 dell'11 dicembre 2018 (RED II) e 2019/944 del 5 giugno 2019 (IEM), che considerano le FER nell’ambito del sector coupling tra settori come l'elettrico, il termico e la mobilità. Da sottolineare che in questo nuovo quadro di autoconsumo è cruciale tenere in conto quanto affermato dal Comitato economico e sociale europeo: “l'ampliamento del concetto di autoproduzione e autoconsumo è altresì importante perché l'attuale interpretazione troppo ristretta (basata sull'identità tra gestore degli impianti e consumatore finale) si riferisce soltanto a una categoria specifica di "consumatori attivi". Diventa, quindi, fondamentale introdurre la figura del consumager (consumatore dotato di accumulo’) altrimenti l'autoproduzione e l'autoconsumo saranno riservati unicamente ai consumatori che dispongono di capitali sufficienti per investire negli impianti e soprattutto di spazio sufficiente (ad esempio all'interno o sopra la loro abitazione).
Negli ultimi anni, il problema dell'integrazione e della gestione della Generazione Distribuita, ovvero l'aggregazione di soggetti diversi in grado di agire in modo intercambiabile come punti di consumo e/o produzione, ha portato alla ricerca di nuove tecnologie abilitanti per trasformare la rete in una smart grid che dia entità al fenomeno emergente della condivisione dell'energia tra i cittadini europei, e delineare il ruolo centrale nei mercati energetici dei consumatori definiti Active Consumer in IEM e Renewable Self-consumer in RED II. Nel nuovo contesto che le Comunità energetiche stanno definendo giocano un ruolo fondamentale i sistemi di accumulo e le tecnologie abilitanti quali gli smart meter, i sistemi integrati come le nanogrid, e le piattaforme di gestione.
L'aumento della penetrazione delle FER non programmabili e la dismissione di parte della capacità termoelettrica (centrali a carbone, impianti obsoleti e inefficienti) comporteranno un ulteriore deterioramento delle condizioni sia di adeguatezza che di sicurezza del sistema. I sistemi di accumulo di energia possono essere utilizzati per creare sinergie con le FER distribuite locali combinando le peculiarità di diverse tecnologie di accumulo di energia, come batterie, ultracondensatori, celle a combustibile, batterie a flusso e così via, in un sistema coerente con una strategia di controllo che può utilizzare i vantaggi di ciascuna tecnologia energetica per migliorare le prestazioni complessive.
Se da un lato, è in costante crescita il numero di coloro i quali hanno già scelto di dotarsi di piccoli impianti da fonti rinnovabili (soprattutto FV), e che dunque sono potenziali attori della creazione di una Comunità Energetica, dall’altra parte, abbiamo un numero imponente di consumatori che non possono, per mancanza di spazi o limiti burocratici, dotarsene. Ad essi rimane comunque aperta la possibilità di partecipare attivamente alla creazione della Comunità attraverso l’utilizzo di sistemi di accumulo energetico ricaricati da impianti ubicati anche a grandi distanze e gestiti opportunamente. Senza trascurare il valore aggiunto del potenziale esprimibile dall’utilizzo dei veicoli elettrici, che a seconda se si scelga di impiegarla in modalità “Vehicle to Grid” o in modalità “Vehicle to Home”, può direttamente contribuire all’alimentazione della rete o essere utilizzata, in caso di necessità, come riserva per l’alimentazione di energia elettrica di un’abitazione.
Per creare tale sinergia è fondamentale la conoscenza del dato di consumo/produzione e l’integrazione tra produzione, consumo ed accumulo.
Nel corso del progetto ComESto – Community Energy Storage: Gestione Aggregata di Sistemi di Accumulo dell’Energia in Power Cloud – finanziato dal MIUR e dall’Unione Europea nell’ambito del bando di ricerca industriale e sviluppo sperimentale, PON 2015-2020, sono state sviluppate le cosiddette tecnologie abilitanti che consentono di massimizzare il valore delle comunità energetiche. Lo Smart Meter è un dispositivo che consente la misurazione di tutte le grandezze necessarie a monitorare lo scambio energetico di un utente finale, generalmente dotato di sistemi di generazione distribuita, carichi e sistemi di accumulo, con la rete pubblica. Lo smart meter è realizzato per trasformare il cittadino in un attore attivo nello scenario energetico. Un cittadino attivo diventa parte di una "comunità energetica intelligente" e aiuta a garantire la qualità dell'approvvigionamento e la conservazione dell'ambiente.
La Nanogrid è un sistema di alimentazione ibrido che può interconnettere sistemi di generazione e fotovoltaici e combina calore ed elettricità con motore Stirling o microturbine a gas naturale, celle a combustibile, sistemi di accumulo di energia e carichi. Nel funzionamento in modalità grid-connected è in grado di gestire contemporaneamente più tipologie di fonti di generazione e diverse tecnologie di sistemi di accumulo nonché lo scambio di flussi di energia con la rete elettrica per fornire servizi accessori alla rete, o ad una Comunità energetica per massimizzare dell'energia elettrica rinnovabile condivisa all’interno della stessa.
Attraverso l’impiego delle nanogrid nell’ambito delle Comunità Energetiche si contribuisce “dal basso” alla soluzione dei problemi derivanti dalla crescente penetrazione della generazione da fonti rinnovabili e, quindi, si facilita il processo di transizione verso la completa autonomia dalle fonti fossili.
Per favorire l’aggregazione, è necessaria una piattaforma hardware e software in grado di gestire, in maniera integrata, la generazione e l’accumulo distribuiti sul territorio al fine di supportare le funzioni di compravendita dell’energia (trading) e la fornitura di servizi di dispacciamento al DSO in assetto Smart Grid, tenendo ben in conto la gestione e la pianificazione intelligente delle reti di distribuzione che supportano gli scambi. Queste soluzioni rappresentano innovazioni tecnologiche che possono facilitare le innovazioni sociali. Partendo dal tipo di combinazione tra strumenti tecnologici e componenti sociali, la ricerca osserva tutti i passaggi attraverso i quali un'innovazione tecnologica può essere socialmente accettata e può diventare un quadro socio-culturale di riferimento nella vita quotidiana per lo sviluppo locale.
