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energia pulita: infrastrutture di rete

Agosto 2019

Cercasi: una rete del 21° secolo per alimentare un futuro senza emissioni di carbonio

Le energie rinnovabili sono diventate convenienti e abbondanti. Ora abbiamo bisogno di infrastrutture di rete avanzate per utilizzarne di più.

L’Indiana è il secondo maggiore consumatore di carbone tra gli Stati USA, nonché tra i 10 principali produttori d’America. Dunque, perché avrebbe deciso di abbandonare questo combustibile? La risposta è semplice: il costo. 

Pur avendo estratto carbone sin dal 1830, l’Indiana sta abbandonando i combustibili fossili a favore dell'energia solare ed eolica perché questa mossa, oltre a portare maggiore utilità, farebbe risparmiare ai consumatori miliardi di dollari.

E l’Indiana non è l’unico. In altri Stati americani, così come in altre nazioni nel mondo, i costi di produzione dell'elettricità da fonti rinnovabili sono diminuiti sensibilmente, portando  l’energia solare ed eolica a spodestare i combustibili fossili1.

Si tratta di una notizia incoraggiante per le città e i governi che si stanno battendo per ridurre le emissioni di carbonio responsabili del riscaldamento globale, in un momento storico in cui un numero crescente di apparecchi collegati, auto ed edifici stanno facendo salire la domanda di elettricità.

Tuttavia, l'energia economica e pulita non è utile a meno che non sia disponibile dove è effettivamente necessaria, giorno e notte, senza interruzioni. È qui che entra in gioco la rete elettrica.

Le reti elettriche adattano la quantità di energia che viene generata al carico o alla quantità che viene consumata. Tuttavia, le attuali infrastrutture di rete, già messe a dura prova da eventi atmosferici catastrofici (uragani o incendi incontrollati, ad esempio), non sono in grado di far fronte all'ascesa delle energie rinnovabili.

Anche la natura discontinua dell'energia solare o di quella eolica implica che queste risorse energetiche siano inadatte per una distribuzione su larga scala.

Per questo, è necessario sviluppare un’infrastruttura di trasmissione avanzata.

Al fine di studiare possibili soluzioni, i membri dell'Advisory Board (AB) della strategia Clean Energy di Pictet e il team d'investimento della strategia hanno recentemente visitato il National Renewable Energy Laboratory (NREL) di Denver e l’Electric Power Research Institute di Palo Alto, due organizzazioni celebri per la ricerca pionieristica effettuata nell’ambito delle energie rinnovabili.

In occasione della visita, i membri del nostro AB hanno visto in prima persona i progressi in materia di tecnologia connessa alle fonti energetiche rinnovabili; sono stati presentati loro punti di vista nuovi in merito alle diverse esigenze infrastrutturali legate all'adozione dei veicoli elettrici e alle sfide e opportunità derivanti dall’integrazione di una crescente quota di rinnovabili all’interno della rete elettrica.

Rompere il "blocco della rete"

La rete attuale si basa su un sistema a senso unico in cui l'elettricità fluisce dalle centrali elettriche verso case e aziende. Fa affidamento sulla corrente alternata (AC) sia per la trasmissione sulla lunga distanza che per la distribuzione a livello locale.

La corrente alternata è rimasta sostanzialmente immutata dal suo primo sviluppo avvenuto nel 19° secolo, quando risultò vincitrice della Guerra delle Correnti per diventare lo standard energetico per le reti elettriche di tutto il mondo.

Usando un trasformatore, questa corrente può essere convertita facilmente in voltaggi diversi. Tuttavia, il suo difetto principale è che perde potenza durante il trasporto. Per un dato voltaggio, un sistema AC prevede grosso modo il doppio della perdita di energia di un sistema a corrente continua, che può trasmettere energia a costi inferiori e più efficientemente su distanze molto lunghe.

I limiti della corrente alternata diventano più evidenti quando si tratta di distribuire energia da fonti rinnovabili, in quanto l'energia solare, quella eolica e l'idroelettrica vengono solitamente prodotte lontano dal luogo in cui vengono utilizzate.

I membri del nostro Advisory Board hanno stimato che, a causa di questa caratteristica, la capacità delle rinnovabili delle reti AC è limitata solamente al 15% del loro potenziale energetico complessivo.

Un aumento della percentuale potrebbe destabilizzare la rete e comportare dei regolari blackout.

È qui che la corrente continua potrebbe fare la differenza. 

il gioco dell'energia

In che modo l’UHVDC accelererà l’integrazione dell'energia rinnovabile nella rete

Modello di rete UHVDC

Fonte: Pictet Asset Management, Tepco, CEERT

Nella sua forma moderna, la corrente diretta ad altissima tensione (UHVDC) è ancora più potente e in grado di utilizzare voltaggi di 1.100 kV rispetto all’1,5 kV della corrente continua convenzionale.

L’HVDC può anche collegare sistemi di trasmissione a corrente alternata non connessi in aree diverse (si veda il grafico). Ciò significa che una macro rete basata sull’UHVDC permetterebbe agli operatori di attingere a diverse fonti di energia pulita a centinaia di migliaia di km di distanza durante tutta la giornata e di variare efficacemente tra una risorsa e l'altra a seconda della domanda e delle condizioni atmosferiche.

Quasi un decennio dopo essere diventato il primo Paese ad adottare l’UHVDC, all’inizio del 2019 la Cina ha fatto il suo debutto con la più lunga e più potente linea UHVDC del mondo. Il nuovo collegamento si estende per oltre 2.000 miglia, una distanza maggiore di quella tra Londra e Mosca. Fornisce 66 miliardi di chilowattora di elettricità proveniente dal punto più a nord-est del Paese (dove si trova energia solare ed eolica in grandissime quantità ) fino al popolatissimo est, garantendo il fabbisogno di 50 milioni di famiglie.

L’HVDC sta diventando popolare anche altrove: l'Europa, ad esempio, sta pianificando di migliorare la qualità delle proprie infrastrutture di rete per trasformarsi in un centro nevralgico, in cui una solida rete di trasmissione paneuropea renderebbe più semplice la distribuzione di energia dalle regioni soleggiate o ventose alle aree piovose e nuvolose.

La Germania, ad esempio, sta sviluppando una connessione di rete HVDC per il trasporto di energia rinnovabile dal ventoso nord alle regioni ad alto consumo del sud.

Il progetto Sudlink, con i suoi 800 km di rete, dovrebbe portare la Germania a raggiungere l'obiettivo nazionale di produrre il 65% del proprio fabbisogno energetico attraverso fonti rinnovabili entro il 2030, rispetto all’attuale 38%.

I critici affermano che i costi iniziali elevati per l’UHVDC sono un ostacolo significativo per la sua adozione.

I benefici sul lungo periodo, tuttavia, potrebbero essere enormi. Secondo quanto affermato dai membri del nostro AB, i progetti infrastrutturali in Europa solitamente vengono ammortizzati in tre / cinque anni grazie ai risparmi in termini di efficienza.

I progetti per le infrastrutture di rete, in Europa, solitamente vengono ammortizzati entro un periodo di tre / cinque anni grazie ai risparmi in termini di efficienza.

L'eolico del Wyoming

Gli Stati Uniti, il più grande consumatore di energia al mondo, sono diventati anche un convertitore di corrente continua.

Il "TransWest Express Project", da 3 milioni di dollari, ha l'obiettivo di installare una linea di trasmissione UHVDC per il trasporto di energia eolica lungo 730 miglia, dal Wyoming fino in California, dove l'energia pulita è necessaria per poter soddisfare gli obiettivi di riduzione dell’utilizzo di carbonio.

Il NREL stima che la linea permetterà ai consumatori californiani di risparmiare 1 miliardo di dollari all'anno.2

Una ricerca effettuata dall'Earth System Research Laboratory ha dimostrato che reti elettriche come queste, che fanno un migliore utilizzo dell’abbondante potenziale energetico dell’eolico, potranno ridurre le emissioni di carbonio per un buon 80% rispetto ai livelli del 1990.3

Investire sul passaggio mondiale a un sistema di energia pulita

Grazie a nuove e innovative tecnologie di rete, le energie rinnovabili hanno il potenziale per affermarsi rapidamente. Ciò rappresenterebbe una prospettiva rosea per gli investitori, che potranno beneficiare di una transizione a lungo termine verso un mondo a basse emissioni di carbonio.

Il portafoglio Clean Energy di Pictet investe in società che giocano un ruolo fondamentale nella transizione verso le energie pulite.

Il settore della corrente continua ad alta tensione presenta moltissime opportunità di investimento poiché il mercato è pronto a crescere a un tasso annuo composito di almeno il 9%, per raggiungere i 16,3 miliardi di dollari entro il 2026.4

Anche le tecnologie a supporto del sistema HVDC sono destinate a svilupparsi. Basti considerare ad esempio i semiconduttori industriali, cruciali per il funzionamento della rete elettrica.

Sono necessari chip in silicone per convertire l'energia tra differenti voltaggi di corrente alternata e continua e a frequenze diverse, aspetto che aiuta a minimizzare la dispersione di energia e a mantenere stabile il flusso di energia elettrica.

Si prevede un raddoppio della domanda di semiconduttori industriali tra il 2016 e il 2022 (per 81 miliardi di dollari), con un tasso di crescita del 10% annuo.5