Il consumatore nel sistema elettrico
Immagine concettuale che rappresenta il consumo domestico di elettricità attraverso una casa illuminata e le fonti di generazione che compongono il mix energetico di un Paese per fornire energia elettrica.
Indice
Domanda e offerta di energia elettrica
L’integrazione delle energie rinnovabili nel sistema elettrico
Autoconsumo fotovoltaico e nuove sfide per il sistema elettrico
Domanda e offerta di energia elettrica
La prima lezione fondamentale è questa: in un sistema elettrico, domanda e offerta di energia elettrica devono essere sempre in equilibrio.
In pratica significa che:
- non possiamo consumare più energia elettrica di quella che le centrali sono in grado di produrre in un dato momento;
- ma nemmeno le centrali dovrebbero produrre molto più di quanto viene richiesto in quell’istante.
Detto in modo semplice: si consuma esattamente l’energia elettrica che viene prodotta in tempo reale.
Come consumiamo energia?
Il compito di mantenere in equilibrio domanda e offerta di energia elettrica spetta al gestore del sistema elettrico (o al gestore della rete di trasmissione) di ciascun Paese.
Ma come ci riesce?
In buona parte grazie al fatto che esistono schemi di consumo abbastanza prevedibili:
- Nel corso della giornata, i picchi di domanda più alti si registrano spesso di sera, quando rientriamo a casa, prepariamo la cena, accendiamo la TV e l’illuminazione in tutte le stanze.
- Nel corso della settimana, il consumo di energia elettrica tende ad essere più elevato nei giorni feriali rispetto ai fine settimana.
- Nel corso dell’anno, il periodo in cui in genere si consuma meno energia elettrica è fra fine estate e inizio autunno, quando le giornate sono ancora lunghe e le temperature miti.
In inverno, invece, la domanda di energia elettrica aumenta notevolmente: abbiamo bisogno di luce artificiale per più ore e spesso anche di energia per il riscaldamento (o per alimentare pompe di calore).
In estate, in molti Paesi la domanda rimane alta a causa del crescente uso dei condizionatori.
Questi andamenti – giornalieri, settimanali e stagionali – sono essenziali per permettere al gestore del sistema di prevedere la domanda e di far sì che domanda e offerta di energia elettrica restino allineate.
Il mix energetico
Il gestore del sistema elettrico, responsabile della copertura della domanda, utilizza queste previsioni di consumo per decidere quanta potenza debbano fornire le diverse centrali in ogni momento. Come abbiamo detto, la generazione deve sempre pareggiare la domanda.
Che cos’è il mix energetico?
L’offerta di energia elettrica è composta da diverse fonti e tecnologie di generazione. La combinazione di tutte queste fonti si chiama mix energetico: è la miscela di tecnologie di generazione utilizzate da un Paese o da una regione per soddisfare il proprio fabbisogno di elettricità.
Puoi immaginare il mix energetico come una ricetta, in cui ogni fonte è un ingrediente diverso:
- In alcuni Paesi l’energia nucleare è un ingrediente dominante.
- In altri, il mix è più orientato verso le fonti rinnovabili, a condizione che ci sia sufficiente potenza installata e che le condizioni climatiche siano favorevoli.
Per esempio, l’energia solare fotovoltaica tende a dare un contributo molto più elevato in estate e nelle ore centrali del giorno, quando le giornate sono più lunghe e il cielo è spesso sereno.
Inoltre, molti Paesi sono interconnessi tra loro attraverso la rete elettrica: questo significa che è possibile importare ed esportare energia elettrica. Il mix energetico di un Paese non dipende quindi solo dalle centrali sul suo territorio, ma anche dagli scambi transfrontalieri.
Per stabilire quali tipi di centrali siano necessarie per coprire la domanda, si distinguono di solito:
- le ore di punta (peak load), in cui la domanda aumenta in modo significativo;
- le ore di valle (off-peak), in cui la domanda è più bassa e stabile.
I sistemi di generazione convenzionali – comprese le centrali idroelettriche – basati sulla rotazione meccanica di un generatore o su tecnologie molto stabili, come le centrali nucleari, consentono di coprire una grande parte della domanda in modo affidabile.
Vale anche la pena ricordare che alcune tecnologie, come l’energia nucleare, sono meno vincolate alla posizione rispetto, per esempio, all’idroelettrico: le centrali nucleari possono essere costruite più vicino ai centri di consumo o alle aree di maggior interesse economico, mentre gli impianti idroelettrici devono per forza trovarsi dove ci sono risorse idriche adatte.
L’integrazione delle energie rinnovabili nel sistema elettrico
Negli ultimi decenni però questo quadro è cambiato profondamente.
Siamo sempre più consapevoli degli effetti negativi delle fonti convenzionali basate sui combustibili fossili.
La combustione continua di carbone nelle centrali termoelettriche, per esempio, genera grandi quantità di CO₂, che contribuiscono al riscaldamento globale, con conseguenze gravi per la vita sul pianeta.
Come vengono integrate le fonti rinnovabili nella rete?
Per rispondere a questo problema, molti Paesi hanno avviato una sostituzione graduale delle centrali più inquinanti con impianti alimentati da fonti rinnovabili, decisamente più sostenibili dal punto di vista ambientale.
Tra le fonti di energia rinnovabile di cui abbiamo parlato nell’articolo sulla generazione, oggi spiccano in particolare due:
- l’energia eolica
- l’energia solare fotovoltaica
In molti Paesi queste due tecnologie coprono già una quota importante del mix energetico elettrico.
In Italia, Terna – Rete Elettrica Nazionale fornisce i seguenti dati sul mix giornaliero di generazione elettrica.
Questa crescente integrazione di eolico e fotovoltaico nel sistema elettrico rappresenta però una grande sfida per i gestori di rete.
Perché?
Perché il problema principale di queste fonti è la loro forte variabilità:
- Con le centrali convenzionali è relativamente semplice controllare e prevedere la produzione: in fondo, la rotazione dell’albero di una turbina si può regolare con precisione.
- La produzione di impianti eolici e fotovoltaici, invece, dipende dalle condizioni meteorologiche e può cambiare rapidamente, sia nella quantità totale di energia prodotta sia nel peso relativo di ciascuna fonte all’interno del sistema.
Autoconsumo fotovoltaico e nuove sfide per il sistema elettrico
Parallelamente, si è affermato un altro fenomeno: sempre più famiglie e aziende decidono di installare impianti fotovoltaici sui tetti delle proprie abitazioni o edifici.
I costi relativamente contenuti e la semplicità di installazione dell’energia solare hanno reso sempre più diffuso l’autoconsumo fotovoltaico: produrre una parte dell’elettricità direttamente sul proprio tetto e consumarla in loco, senza passare completamente dal prelievo di rete.
Gli obiettivi principali sono:
- diventare più indipendenti dalla rete e da eventuali problemi di approvvigionamento;
- ridurre la bolletta e ottenere un ritorno economico migliore rispetto all’acquisto dell’intera energia dalla rete.
Questo crescente autoconsumo fotovoltaico ha però un impatto diretto sul sistema elettrico:
- La curva di carico vista dal gestore di rete cambia: quando molti tetti producono energia a mezzogiorno, il prelievo di rete diminuisce, mentre la domanda può tornare a salire rapidamente la sera.
- Aumenta la presenza di generazione distribuita a livello di rete di distribuzione.
- Il sistema nel suo complesso ha bisogno di maggiore flessibilità, sia dal lato della generazione sia da quello della domanda.
Per questo, nel settore si parla sempre più spesso di:
- flessibilità del sistema elettrico e
- soluzioni di accumulo di energia – cioè sistemi di accumulo dell’energia elettrica (batterie e altre tecnologie) che permettono di immagazzinare l’energia in eccesso quando c’è molta produzione da rinnovabili e di restituirla quando la domanda è alta o la produzione da rinnovabili è bassa.
Nei prossimi articoli entreremo più nel dettaglio dei sistemi di accumulo di energia e delle diverse tecnologie disponibili.
Una riflessione finale
Direi che per oggi può bastare.
Spero che questa serie ti abbia aiutato a guardare il sistema elettrico con occhi diversi.
E magari, la prossima volta che accendi la luce a casa, ti chiederai:
- Questa elettricità viene dal vento?
- Dal sole?
- O da una centrale nucleare o a gas?
Se siamo riusciti a farti nascere questa curiosità, per noi è già un ottimo risultato.