Quale il mix tecnologico migliore per raggiungere gli obiettivi di CO2 al minor costo?

Pubblicato sulla rivista internazionale “Energy” lo studio della Fondazione Bruno Kessler che permette di fornire una risposta.

Redazione

21 Agosto 2020

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Lo studio della Fondazione Bruno Kessler (FBK) di Trento, recentemente pubblicato sulla rivista internazionale “Energy”, su quale sia il mix tecnologico migliore per raggiungere gli obiettivi di CO₂ al minor costo ha preso avvio dall’analisi dei flussi energetici attuali della provincia di Trento, realizzata con riferimento al 2016.

Al 2016 le risorse energetiche importate rappresentano la parte dominante, con il gas al 34.9%, seguito dai prodotti petroliferi (gasolio e benzina) al 30.3% e dall’import elettrico da rete nazionale allo 0.1%; le risorse locali sono attualmente minoritarie, ma comunque rilevanti, tra cui spiccano in particolare la risorsa idroelettrica (22.6%) e le biomasse (9.4%), mentre decisamente inferiore è l’utilizzo di energia solare (1.7%) e calore ambiente (1.0%). Le fonti energetiche rinnovabili rappresentano il 34.8% della fornitura di vettori energetici.

Elemento caratterizzante del sistema energetico trentino è l’abbondante produzione elettrica che supera del 65% i consumi elettrici locali. Inoltre, l’83% della produzione elettrica viene fornita da fonti rinnovabili (in primis l’idroelettrico). Non così positiva è invece la situazione nel settore termico, dove le fonti rinnovabili sono limitate al 24% dei fabbisogni, e nel settore dei trasporti, al 2%.

«L’analisi dei flussi energetici nella provincia di Trento ha permesso di mettere in luce e quantificare i punti di forza e i punti di debolezza – spiega Luigi Crema, responsabile dell’Unità ARES di FBK -. Il principale punto di forza è senza dubbio l’abbondante produzione idroelettrica che genera un surplus di fonti rinnovabili rispetto alla domanda elettrica trentina. In questo contesto, una complessiva decarbonizzazione del sistema energetico trentino non può che passare da soluzioni di elettrificazione che permettano di usufruire dell’elettricità “verde” trentina anche nei settori termico (mediante l’utilizzo di pompe di calore) e dei trasporti (mediante mobilità elettrica), anche avvalendosi di una quota di produzione di idrogeno».

L’analisi degli scenari futuri ha quindi richiesto un modello che integri il settore elettrico con quello termico e con quello dei trasporti. Inoltre, la variabilità stagionale e giornaliera delle fonti rinnovabili, sempre più protagoniste nella transizione energetica, non deve essere trascurata, pena l’eccessiva approssimazione nel “matching” produzione/consumi.

Sulla base di queste richieste, volte allo sviluppo di “Smart Energy Systems”, FBK si è avvalsa dello strumento di analisi energetica denominato “EnergyPLAN”, utilizzato da numerosi ricercatori, consulenti e responsabili politici di tutto il mondo. Dal punto di vista energetico “EnergyPLAN” si basa su un equilibrio orario tra domanda e offerta, fornendo non solo informazioni sul bilancio energetico (fonti primarie, energie rinnovabili), ma anche sull’economia (costi di investimento, costi operativi, costi per i vettori energetici) e l’ambiente (emissioni di CO₂). “EnergyPLAN” mette a disposizione numerosi vettori energetici e numerose soluzioni tecnologiche: tra queste sono state prese in considerazione opzioni ad oggi ben conosciute e di interesse per il contesto territoriale trentino. Particolare attenzione è stata rivolta all’efficienza energetica e alle fonti rinnovabili.

Definita la cosiddetta “Baseline 2016” e l’adeguato lo strumento di analisi (EnergyPLAN), l’elaborazione degli scenari di decarbonizzazione ha considerato alcuni altri elementi di valutazione. Innanzitutto, la definizione degli obiettivi da raggiungere in specifici traguardi temporali; questo studio delinea due prospettive: allineamento agli obiettivi UE negli scenari denominati “Low Carbon, LC” (emissioni CO₂ -40% al 2030 e -80% al 2050), superamento degli obiettivi UE negli scenari denominati “Low Carbon plus, LC+” (emissioni CO₂ -50% al 2030 e -90% al 2050).

Segue poi la considerazione di numerosi fattori temporali valutati nel periodo 2016-2050: l’evoluzione della domanda energetica locale nei settori elettrico, termico e dei trasporti, il potenziale di efficientamento energetico, il potenziale delle tecnologie rinnovabili, il potenziale di elettrificazione e l’utilizzo di accumuli (termico, elettrico e a idrogeno). Ad arricchire l’analisi modellistica, l’ultimo elemento di valutazione, che rende questo studio particolarmente innovativo, è la ricerca di soluzioni ottimizzate sia dal punto di vista delle emissioni che da quello dei costi, mediante l’integrazione dello strumento “EnergyPLAN” con algoritmi evolutivi a multi-obiettivo (Multi-Objective Evolutionary Algorithms – MOEA). L’innovativa combinazione di “EnergyPLAN” con MOEA, sviluppata in Trentino dai ricercatori di FBK in collaborazione con l’Università di Aalborg, permette di fornire risposta al quesito su quale sia il mix tecnologico migliore per raggiungere gli obiettivi di CO₂ al minor costo.

«Per ogni obiettivo temporale (2030 e 2050) sono state valutate 15.000 diverse combinazioni tecnologiche e individuate 150 soluzioni non-dominate, ossia gli scenari ottimizzati che permettono di raggiungere un obiettivo di decarbonizzazione al minor costo possibile – specifica Diego Viesi, ricercatore dell’Unità ARES di FBK -. Analizzando le caratteristiche degli scenari ottimizzati sono stati identificati il grado e l’evoluzione temporale delle misure di efficientamento energetico, di integrazione delle fonti rinnovabili e di elettrificazione (pompe di calore, veicoli elettrici, idrogeno), verso un Trentino energeticamente autonomo e a zero emissioni. È stato inoltre dimostrato come mantenendo costi complessivi prossimi a quelli attuali, il futuro sistema energetico del Trentino potrà abbandonare i vettori stranieri (petrolio, gas), mantenendo le spese per vettori energetici, manodopera e tecnologie nel territorio locale, a beneficio delle aziende e dei cittadini trentini. Tutto ciò porta notevoli vantaggi per l’economia e la forza lavoro locali. Nel costo totale annuo, gli scenari LC/LC+ riducono la quota dedicata all’importazione di vettori energetici dal 28% della “Baseline 2016” al 22/18% nel 2030 e al 6/4% nel 2050».

I risultati di questo studio abilitano l’identificazione di politiche “su misura” per il territorio trentino, che potrebbero indirizzare una profonda decarbonizzazione, in maniera moderata (LC) o rapida (LC+), verso percorsi ottimizzati, dal punto di vista tecnico, economico e sociale. Una soluzione che potrebbe essere esportata anche verso altre realtà territoriali, come quelle del Bacino Padano, maggiormente interessate alle azioni di riduzione dell’inquinamento, specie da riscaldamento domestico responsabile della maggiore quota soprattutto nelle stagioni fredde.