La diffusione delle energie rinnovabili non programmabili nei sistemi energetici sta aumentando in maniera progressiva e rapida. Un processo che mette in luce tutti i benefici del caso ma anche le nuove sfide. Per aiutare la transizione un nuovo rapporto spiega come integrare eolico e fotovoltaico al meglio. E in questo modo poter far fronte al nuovo tipo di variabilità introdotta da queste fonti e riducendo le incertezze del loro impatto.
A redigerlo l’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA) e più precisamente i programmi di collaborazione tecnologica dell’Agenzia per i sistemi di energia eolica (IEA Wind) e per i sistemi di energia fotovoltaica (IEA PVPS).
Il documento giunto alla terza edizione offre delle linee guida aggiornate su come condurre studi sull’impatto di sistema in caso di elevate quote di energia solare ed eolica in rete. E lo fa forte oltre 15 anni di esperienza e collaborazione internazionale
La pubblicazione “Recommended Practices for Wind/PV Integration Studies“ è infatti il risultato di uno sforzo collaborativo che ha coinvolto esperti di oltre 20 paesi. Riflettendo contributi di importanti istituti di ricerca, università, operatori di sistema e stakeholder del settore.
L’assunto è semplice. Con l’aumento dell’impiego di energia eolica e solare e l’enorme potenziale futuro, è fondamentale che vengano applicate metodologie comunemente accettate per valutare accuratamente i problemi di integrazione e ridurre le incertezze che ne circondano l’impatto.
In questo contesto gli studi di integrazione delle rinnovabili nel sistema energetico, sono stati inizialmente condotti separatamente per la generazione eolica e quella fotovoltaica, per poi fondersi assieme nel tempo.
Si legge nel documento: “Gli studi di integrazione in genere simulano un futuro sistema energetico con contributi eolici e solari (quota o penetrazione) che variano dal 5% a oltre il 50% della fornitura elettrica annuale. Cercano di valutare i potenziali impatti della generazione eolica e fotovoltaica sulla rete e sul funzionamento della produzione elettrica. Le caratteristiche del sistema energetico studiato e i dati disponibili possono variare in modo significativo. Inoltre, obiettivi e approcci possono differire e quindi i risultati possono essere difficili da confrontare. Le metodologie utilizzate nella maggior parte delle analisi sono diverse e sono ancora in evoluzione, in particolare per gli studi sui sistemi energetici e di potenza dominati dall’eolico e dal solare”.
Nel dettaglio il documento identifica due sfide principali per quote elevate solari ed eoliche:
- Bilanciamento della variabilità del sistema: ossia la gestione delle fluttuazioni intrinseche delle risorse rinnovabili.
- Garanzia di stabilità, intesa come la capacità di affrontare i problemi di stabilità della rete dovuti alla natura non sincrona e basata su inverter dell’integrazione eolica e solare.
Integrare eolico/fotovoltaico: i requisiti chiave degli studi
Gli autori hanno definito una serie di requisiti chiave per uno studio di integrazione eolico/fotovoltaico, quali: l’obiettivo principale (ad esempio supportare decisioni specifiche di pianificazione del sistema energetico, o per comprendere le esigenze di bilanciamento); i dati sul sistema energetico (impianti, dati di carico, rete di trasmissione, ecc.); informazioni dettagliate sulla generazione eolica/solare e la distribuzione geografica; altre ipotesi che svolgono un ruolo chiave nei risultati (collegamenti ad altri settori energetici, come calore, trasporti e gas; flessibilità della domanda; scenari futuri, prezzi del carburante, tasse, quote di CO2 e limiti di emissione).
Per valutare al meglio come integrare eolico e fotovoltaico nel sistema, il punto di partenza deve essere ovviamente la quota di energia rinnovabile considerata.
- Quote basse: Si possono inizialmente limitare le analisi al sistema elettrico esistente, focalizzandosi sugli impatti sulla produzione e sulla necessità di potenziare la rete di trasmissione.
- Quote medie: Diventa cruciale valutare i requisiti di riserva e la flessibilità del sistema.
- Quote elevate: L’analisi deve approfondire l’adeguatezza e la stabilità del sistema, considerando la transizione verso un sistema dominato da fonti intermittenti e da elettronica di potenza.
“I cicli di iterazione sono estremamente importanti, dalla modifica della configurazione dello scenario e delle pratiche operative, come parte della garanzia dell’affidabilità del sistema, e anche per consentire un’integrazione più conveniente. Le ipotesi di modellazione avranno un impatto cruciale sui risultati”.
Necessari nuovi modelli
Nel complesso scrivono gli autori, c’è la necessità di un ulteriore sviluppo di modelli e metodi di studio, ma alcuni problemi chiave possono essere identificati nelle sfide per l’adeguatezza, gli impatti operativi e la stabilità del sistema:
- Aree più grandi: l’intero sistema sincrono è rilevante per gli studi di stabilità e la condivisione delle risorse per scopi di bilanciamento e adeguatezza sarà più vantaggiosa.
- Nuove tecnologie: tutti gli strumenti devono essere modificati per consentire nuovi tipi di domanda (flessibile) e stoccaggio, facilitando al contempo ulteriori collegamenti tramite l’accoppiamento del sistema energetico.
- Più dati e dettagli nei modelli: è necessario acquisire più dettagli eolici/solare. Saranno necessari più dati per acquisire una risoluzione più elevata e aree più grandi. Così come serie temporali estese per garantire la resilienza per gli eventi dipendenti dalle condizioni meteorologiche: che coprano eventi estremi e variabilità delle risorse. Tutti questi problemi aumenteranno l’onere computazionale della modellazione. Man mano che i dati vengono sintetizzati, devono essere convalidati per comprendere in che modo le loro caratteristiche di errore e incertezza influiranno sullo studio.
- Integrazione del modello: maggiore importanza di metodologie, strumenti e dati di pianificazione e operazioni integrate. I tempi/modelli operativi e di pianificazione devono sovrapporsi maggiormente. Le esigenze di flessibilità e le capacità dell’impianto devono essere incorporate nei metodi di adeguatezza e le preoccupazioni relative alla stabilità devono essere prese in considerazione per la pianificazione dell’espansione della rete e per la gestione delle reti future.
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