Le energie rinnovabili sono in una fase di sviluppo rapidissima e il settore che cresce a ritmo più veloce è senza dubbio il settore solare. La International Energy Agency (IEA) ha pubblicato i dati per il 2022: 1.200 GW sono ad oggi installati nel mondo con una produzione annua di oltre 1.400 TWh e con una superfice occupata di circa 25.000 km2. Inoltre, dato assai rilevante, la produzione di energia da fonte solare sta superando quella da fonte eolica e raggiungerà entro il 2030 quella da fonte idroelettrica. Infine il costo del kWh prodotto da fonte solare dipende dalla latitudine e dalla condizioni climatiche ma oscilla tra 3 e 5 centesimi di euro e quindi il solare si presenta come la tecnologia di gran lunga più economica ed efficiente oggi a disposizione.

Costi del kWh in centesimi di euro

Fonte: Fraunhofer

Come si evince dalla figura precedente, prodotta dal centro di ricerca del Fraunhofer, le centrali a gas sono le più care (dati pubblicati prima dell’esplosione dei prezzi del gas) e mancano i dati per il nucleare il cui costo si attesta comunque sui 9-12 centesimi di euro per kWh. Entrambe queste tecnologie sono molto più costose e sicuramente inquinanti (polveri, CO2, scorie radioattive), ma presentano, come anche il carbone, il vantaggio di poter fornire energia in maniera ininterrotta in qualsiasi momento della giornata e dell’anno.

I grandi impianti solari sono quindi la via tracciata per l’energia illimitata e a basso costo con importanti limiti. Il primo afferisce alla grande estensione di superfici richieste per l’installazione di questa tecnologia. Il secondo all’intermittenza della sorgente energetica, in quanto la disponibilità annua varia tra le 1.000 e le 1.500 ore a seconda delle condizioni climatiche e con un totale blackout durante le ore non soleggiate.

Il primo problema ha oggi una soluzione: gli impianti fotovoltaici flottanti (FPV). Circa 15 anni fa sono stati proposti i primi impianti fotovoltaici galleggianti (FPV). L’Italia è stata all’avanguardia in questa tecnologia con il primo impianto di Bubano da 500 kW nel 2010 e con l’impianto di Suvereto con tracking da 200 kW nel 2011 e subito dopo con molti altri piccoli impianti. Nel 2013 un articolo di ricerca canadese citava i primi 15 impianti realizzati al mondo, di cui 6 in Italia.

Impianto con tracking connesso in rete dal 2011 (Suvereto)

Fonte: Foto dell’autore

La tecnologia poi è esplosa negli anni successivi e oggi diversi impianti con potenze dell’ordine dei GWp vengono installati annualmente specie nel Sud Est Asiatico.

Ma quali sono i vantaggi di questa soluzione?

  • Il sistema non occupa terreno,ma sfrutta le aree inutilizzate dei bacini idrici artificiali o naturali e ha un impatto ambientale molto limitato.
  • La presenza di acqua riduce la temperatura del pannello fotovoltaico e quindi le perdite dovute alla deriva termica. Allo stesso tempo aumenta il ciclo di vita del pannello.
  • I costi sono in costante calo e oggi il sistema FPV compete con i grandi impianti fotovoltaici terrestri e ha costi di manutenzione nettamente inferiori e costi del kWh sostanzialmente uguali a quelli dei grandi impianti PV a terra.
  • L'accoppiamento con impianti idroelettrici è particolarmente vantaggioso poiché la densità energetica del solare è molto maggiore di quella dei grandi bacini idroelettrici. Quindi coprendo una piccola parte (5-10%) del bacino idroelettrico si può installare una potenza fotovoltaica pari a quella delle turbine idroelettriche. Ciò consente di sfruttare la connessione di rete già esistente aumentando la produzione di energia in modo considerevole e a basso costo.

Ma ci sono molte altre possibilità. Dove ci sono insediamenti umani c’è acqua dolce, o per irrigazione o per uso civile. In Italia c’è una miriade di bacini di irrigazione e c’è un grosso vantaggio ad utilizzarli con copertura fotovoltaica. Infatti l’evaporazione dell’acqua è fortemente ridotta e questo genera un risparmio di oltre 10.000 m3 anno per ogni MW installato. Questo elemento è particolarmente importante nel sud Italia e in generale nelle zone aride, dove l’approvvigionamento di acqua per uso agricolo pone problemi crescenti.

Ci sono inoltre molti bacini di cava abbandonati e spesso in stato di degrado. La tabella qui sotto riporta la situazione delle cave non più in esercizio in Veneto (ma analisi simili possono essere fatte per tutte le altre regioni italiane).

Totale per provincia delle cave venete non più in esercizio, potenza installabile in caso di copertura al 20%, ed energia prodotta per anno in GWh

Fonte: Elaborazioni autore su dati Regione Veneto

Come si vede sarebbe possibile, con una copertura di solo il 20% delle superfici delle cave non più in esercizio, installare 2,5 GW di potenza fotovoltaica e produrre oltre 3.000 GWh all’anno.

Un discorso a parte merita inoltre il settore idroelettrico. Lo sviluppo delle fonti rinnovabili e la lotta per il contenimento dell’uso energetico dei combustibili fossili vede l’Italia in ottima posizione grazie a un consolidato parco di impianti idroelettrici installati fin dall’inizio del secolo scorso e giunti a relativa maturità alla fine del ‘900. Ad oggi oltre 4.000 impianti idroelettrici generano una potenza di 18.800 MW ed una energia di oltre 475.00 GWh all’anno, circa il 17% dell’intero fabbisogno elettrico. Molti di questi sono piccoli, 3.000 hanno meno di 1 MW di potenza e sono spesso ad acqua fluente, cioè privi di bacini di accumulo, ma 308 hanno più di 10 MW di potenza e costituiscono il grosso della potenza installata con 15.400 MW.

In questo caso è possibile coprire parte della superficie del bacino con un impianto fotovoltaico galleggiante e produrre energia elettrica col sole immettendola in rete attraverso la connessioni già attive.  Infatti, va ricordato che l’utilizzo degli impianti idroelettrici a bacino si limita ad alcuni periodi dell’anno e raramente supera le 3.000 ore all’anno lasciando la rete di connessione inutilizzata per gran parte del tempo.

Due aspetti sono rilevanti in questa proposta:

  • la connessione in rete: la rete non viene modificata, le connessioni sono già esistenti ma semplicemente viene meglio utilizzata;
  • i costi sono limitati e i tempi di realizzazione molto brevi: la realizzazione di un impianto da 100 MW flottante richiede meno di un anno e parliamo di strutture mobili il cui decomissioning è semplice e senza alcun impatto ambientale.

Naturalmente non tutti i bacini si prestano a queste soluzioni, ma una stima approssimativa dice che in almeno un terzo delle situazioni si potrebbero installare potenze equivalenti a quelle delle turbine idroelettriche con un aumento della produzione di circa il 60%.  Stiamo parlando di 5 GWp di impianti flottanti che è possibile costruire rapidamente sfruttando bacini artificiali realizzati negli ultimi decenni con una produzione di energia di circa 6.000 GWh all’anno e senza problemi di connessione in rete, ma con un migliore utilizzo di quella già esistente.

Il vero tallone di Achille delle energie rinnovabili è l’intermittenza e quindi la gestione integrata in rete con una utenza che vuole energia anche di notte e col cattivo tempo. Per questo l’integrazione con gli impianti idroelettrici è importante in quanto si estende il periodo di utilizzazione della rete e si compensa la disponibilità solo diurna con un maggior uso delle turbine durante le ore non soleggiate. Inoltre, i sistemi idroelettrici sono spesso dotati di sistema di pompaggio che permettono di accumulare per lunghi periodi l’energia in eccesso.

Tuttavia, questo non è sufficiente e lo sviluppo di tecniche di storage (batterie, sistemi meccanici, idraulici ad aria compressa) sono la direzione in cui è necessario investire per realizzare soluzioni economiche. Un’alternativa è la messa in produzione di idrogeno attraverso elettrolizzatori. La tecnologia è nota da metà Ottocento, ma oggi la produzione di idrogeno “verde” da fonte fotovoltaica può diventare la chiave di volta della transizione energetica. L’idrogeno è solo un vettore energetico e non è facile da trasportare e da gestire ma può essere utilizzato direttamente per prodotti chimici (fertilizzanti) o per produrre combustibili sintetici: metano, etanolo, interamente verdi e quindi a bilancio CO2 nullo.

Le tecnologie vanno industrializzate e nei prossimi anni potremo assistere al crollo dei costi del metano verde come abbiamo assistito al crollo del costo del kWh da fotovoltaico. IRENA prevede per 2050 il metano verde da solare a costi di 30-40 €/MWh, illimitato, distribuito e senza dipendenze geopolitiche da stati non sempre amici. Un sogno? Ci stiamo lavorando.

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