Rinnovabili e accumulo: da amore a prima vista a matrimonio d’interesse
Le direttrici principali lungo le quali si muoverà la decarbonizzazione dell’economia mondiale sono ormai tracciate: efficienza energetica, elettrificazione dei consumi e sviluppo delle energie rinnovabili. Ma per far uscire le rinnovabili dai limiti dell’autoconsumo immediato e renderle altrettanto comode da usare come le fonti fossili – cioè altrettanto prevedibili e programmabili per un uso differito nel tempo – è cruciale ridurre i costi per l’accumulo di elettricità verde.
In uno studio pubblicato il 7 agosto sulla rivista Joule (link in basso), i ricercatori del MIT (Massachusetts Institute of Technology) hanno esaminato in dettaglio di quanto devono calare i costi dell’accumulo per assicurare una copertura completa e a tappeto delle rinnovabili a costi concorrenziali rispetto alle fonti fossili.
La ricerca si focalizza sugli USA, prendendo però a modello quattro stati con climi, irraggiamento e ventosità che possono ricalcare o almeno avvicinarsi a quelli di molti paesi, anche europei. Dallo studio basato sull’andamento climatico degli ultimi 20 anni in Arizona, Iowa, Massachusetts e Texas – comprendente quindi sia eventi climatici estremi che necessità altrettanto estreme di fabbisogno energetico – i ricercatori del MIT sintetizzano alcune conclusioni principali.
Soddisfare con le sole rinnovabili, in modo competitivo, il livello minimo di domanda sulla rete (baselod demand) il 100% delle volte richiede un prezzo dell’accumulo inferiore a $20/kWh. Basta invece che anche solo il 5% delle volte la domanda possa essere soddisfatta anche da fonti non rinnovabili affinché un prezzo dell’accumulo di $150/kWh faccia diventare conveniente il ricorso alle rinnovabili il restante 95% delle volte.
Lo studio confronta a quali livelli di costo un mix ottimale di fotovoltaico-eolico dotato di accumulo diventi concorrenziale con le altre fonti di energia. Per rivaleggiare con un impianto nucleare che produce ad un costo di $0,075/kWh, l’accumulo rinnovabile deve costare $10-20/kWh. Per competere con un impianto a gas che produce ad un costo di $0,077/kWh, il prezzo dell’accumulo deve scendere sotto $5/kWh.
Per soddisfare una domanda elettrica base, intermedia e di picco con un prezzo dell’elettricità di $0,10/kWh e un mix FV-eolico ottimale, il costo dell’accumulo deve scendere, rispettivamente, a $30–70/kWh, $30–90/kWh e $10–30/kWh.
Queste le stime sui costi dell’accumulo che renderebbero economicamente conveniente un ricorso esclusivo o quasi alle energie rinnovabili.
Che distanza separa ancora tali costi stimati da quelli attuali dell’accumulo elettrochimico?
Secondo Bloomberg New Energy Finance (BNEF), il prezzo medio ponderato dei sistemi di accumulo al litio è calato dell’85% dal 2010 al 2018, raggiungendo $176/kWh. BNEF stima che tale prezzo sia destinato a scendere a $94/kWh entro il 2024 e a $62/kWh entro il 2030.
Al 2018, avevamo quindi già quasi raggiunto un livello dei prezzi – $150/kWh – che renderebbe conveniente il ricorso alle rinnovabili il 95% delle volte. Se non lo è stato già raggiunto adesso, dovrebbe essere questioni di poco, vista la previsione che i prezzi dell’accumulo caleranno a meno di $100/kWh nel 2024.
Lo studio evidenzia anche che le soluzioni di minore costo in tutti gli Stati considerati prevedono sempre una combinazione di energia eolica e solare, con una prevalenza dell’una o dell’altra in certi casi o con un loro sostanziale equilibrio in altri casi.
Interessante anche l’effetto che ha sui costi dell’energia (Levelized Cost of Shaped Energy – LCOSE) la disponibilità degli impianti rinnovabili (Equivalent Availability Factor – EAF) dal 100% al 95% delle volte. Variazioni di cinque punti percentuali della disponibilità rinnovabile riducono il costo dell’energia da un terzo fino al 55%, in base ai prezzi dei diversi tipi di tecnologia usati per installare la potenza rinnovabile.
Secondo gli autori dello studio, questi risultati possono servire per guidare la politica e gli investimenti in ricerca, sviluppo e implementazione della tecnologia.
“Una delle principali fonti di incertezza nel dibattito su quanta energia rinnovabile può contribuire alla profonda decarbonizzazione dell’elettricità è la questione di quanto possa essere migliorato l’accumulo energetico,” dice Jessika Trancik, professore associato di studi energetici presso il MIT.
“Ipotesi diverse sul costo dello stoccaggio di energia sono alla base di disaccordi significativi tra una serie di valutazioni, ma non si sapeva molto su quali costi sarebbero effettivamente competitivi e su come questi costi si confronterebbero con le tecnologie di stoccaggio attualmente in fase di sviluppo. Quindi, abbiamo deciso di affrontare questo problema di petto.”
“La quantificazione degli obiettivi di costo per lo stoccaggio di energia ha richiesto un nuovo approfondimento”, afferma Trancik, uno degli autori dello studio. “Grandi ma rari eventi di carenza di energia solare e eolica sono fondamentali per determinare la quantità di stoccaggio di energie rinnovabili necessarie per soddisfare in modo affidabile la domanda ed è importante comprendere le caratteristiche di questi eventi. “
Nello studio, Trancik e i suoi colleghi hanno valutato le tecnologie di accumulo dell’energia, attuali e future, rispetto all’obiettivo di costo stimato. Il modello dei ricercatori ha ottimizzato i costi di stoccaggio utilizzando qualsiasi combinazione di stoccaggio, energia solare ed eolica, che offrisse il costo dell’elettricità minore.
La ricerca ha evidenziato che i costi dell’elettricità rispondono più ai costi della capacità di accumulo dell’energia che a quelli della potenza installata.
La ricerca ha dimostrato che “è fondamentale ridurre i costi dei materiali e della produzione che contribuiscono al costo della capacità energetica di accumulo. Tuttavia, c’è un altro fattore che potrebbe agevolare considerevolmente il raggiungimento di questo obiettivo e consentire a tecnologie più costose di immagazzinare energia rinnovabile a costi competitivi, che è quella di utilizzare tecnologie supplementari una piccola percentuale delle volte”, afferma Trancik. “Accontentarsi” di non soddisfare la domanda di energie rinnovabile per solo il cinque percento delle ore in un periodo di vent’anni può dimezzare il costo dell’elettricità rinnovabile, secondo i ricercatori.
“Il trucco è capire come fornire elettricità per il restante 5% delle ore. Ecco dove dobbiamo concentrare i nostri sforzi. Questo potrebbe essere potenzialmente realizzato con tecnologie di generazione supplementari o forse con la gestione della domanda“, afferma Trancik. L’espansione della rete di trasmissione dell’elettricità potrebbe anche contribuire a mitigare le fluttuazioni dell’approvvigionamento di energia rinnovabile, afferma.
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