Criticità e soluzioni per una progressiva elettrificazione da fonti rinnovabili

L’elettrificazione da fonti rinnovabili è sicuramente uno step necessario verso i nuovi e più stringenti obiettivi della decarbonizzazione al 2050, ma nell’accogliere le iniziative e le tecnologie che vanno in questa direzione, bisogna anche fare i conti con un sistema elettrico nazionale molto complesso. Dovendo essere bilanciato istante per istante tra prelievi e immissioni deve conservare caratteristiche di sicurezza e funzionamento efficiente. Dunque, l’impatto sulla rete di questa elettrificazione aggiuntiva va calcolato minuziosamente, altrimenti il sistema non funziona.

Terna e Arera intervengono su questo punto delicato nel corso del workshop, tenutosi ieri 28 aprile: “Le proposte della filiera delle pompe di calore per il Recovery Plan e gli obiettivi 2030 e 2050 dello European Green Deal”, organizzato da Assoclima e Amici della Terra.

Secondo Luca Marchisio di Terna, la progressiva elettrificazione dei consumi è un aspetto positivo ed è il vettore per guidare la transizione, ma si stima che al 2050 saranno 700 TW ad avere un impatto sul sistema elettrico, mentre ora sono 300 TW.

Una maggiore elettrificazione significa maggiore impatto sulla rete elettrica che deve essere in equilibrio, senza subire sbilanciamenti.

Serve quindi mettere in piedi un piano complesso, per permettere che il sistema sia efficiente e bilanciato istante per istante tra prelievi e immissioni. Attualmente, questo viene fatto dagli operatori di sala di Terna, che dispacciano e quindi modificano la produzione delle grandi centrali termoelettriche, per far sì che il totale dell’energia immessa nella rete sia uguale al totale dell’energia che viene prelevata. Se e quando, il numero di grandi impianti convenzionali che producono energia elettrica, verrà progressivamente sostituito da fonti rinnovabili, allora sarà necessario pensare come e chi dovrà adempiere a questo servizio di garanzia per un equilibrio istantaneo.

Il tema si fa “caldo” se guardiamo ai grandi numeri. Di fatto improvvisamente un’abitazione domestica passerebbe da un oggetto da 3kW a uno da 20 kW, ed è un cambiamento epocale. Se consideriamo che queste potenze si vanno a sommare alle quelle di tutto il Paese, 35 milioni di utenze domestiche, ci si accorge che la richiesta energetica sarebbe impressionante.

Potrebbero quindi servire investimenti sia nell’infrastruttura di rete, che nelle tecnologie di accumulo. Si tratta di ordini di grandezza superiori rispetto a quello che invece si potrebbe fare se sviluppiamo queste tecnologie facendo leva su connettività e digitalizzazione.

Pensiamo a servizi di smart consumption e smart charging di cui le due tecnologie chiave possono essere, secondo Marchisio,  la mobilità elettrica e le pompe di calore, entrambe caratterizzate da due elementi chiave: grosse potenze elettriche.

L’auto ha l’accumulo elettrochimico, mentre la pompa di calore ha una capacità termica modulabile. Azioni che entro certi limiti, non impattano nel benessere di chi li usa.

In questo modo possiamo garantire che i consumi non esplodano nei giorni più caldi e in quelli più freddi dell’anno senza temere di non avere le risorse per riuscire a soddisfarli.

Il ruolo della blockchain per il bilanciamento del sistema elettrico

Per questo motivo, Terna insieme ad altri 5 TSO europei, che diventeranno molti di più nei prossimi mesi, ha lanciato un’iniziativa che si chiama Equigy. Si tratta di una società costituita ad hoc dai TSO, con l’obiettivo di sviluppare un software basato su tecnologia blockchain.

La piattaforma sarà libera da utilizzare, a costo zero, e abiliterà lo scambio di flussi informativi tra queste tecnologie, specificatamente pompe di calore e auto elettrica, con i sistemi di gestione dei mercati dei servizi di dispacciamento. Tutto ciò, per far sì che gli aggregatori, individuati dalla Commissione Europea come soggetti che parteciperanno ai mercati e venderanno questi servizi ai gestori di rete, possano aggregare le piccole risorse distribuite e fornire servizi di riserva e di bilanciamento al sistema, facendo leva proprio sulla flessibilità di questi oggetti.

Si tratta di un impegno significativo visto come il mercato dei servizi ha già oggi un valore importante di miliardi di euro e a tendere crescerà ancora di più perché l’energia varrà zero, essendo prodotta da fonti rinnovabili,  mentre i servizi avranno un valore sempre più importante. Per tutto ciò, secondo Terna esiste una forte opportunità di business per gli aggregatori, ma anche per i costruttori di tecnologie, infatti l’azienda ha appena avviato l’ingaggio formale di tutti i costruttori di pompe di calore e costruttori di tecnologie per le auto elettriche, degli aggregatori e dei distributori, per costruire insieme a loro le prime release di questa piattaforma che si chiama Equigy. I tavoli di lavoro stanno partendo proprio in questi giorni, sul sito  aziendale si può aderire all’iniziativa.

Come cambierà la domanda del sistema elettrico

 Andrea Galliani di Arera evidenzia come, con la promozione dell’efficienza energetica, sicuramente cambierà la domanda elettrica, proprio perché tante soluzioni passano attraverso il vettore elettrico, e al tempo stesso cambia l’offerta, caratterizzata sempre più dalle rinnovabili aleatorie. Insomma, cambiano domanda e offerta elettrica con i relativi profili e bisogna tener conto anche dell’aspetto temporale. Come sottolineato da Terna, il sistema elettrico deve stare in equilibrio istante per istante, non essendo dotato di un magazzino e tenendo conto che anche i sistemi di accumulo attuali hanno delle perdite di conversione e dei relativi costi, affatto trascurabili.

Servono quindi strumenti efficienti in grado di garantire l’equilibrio del sistema elettrico.

Andando in ordine, i primi strumenti che incontriamo sono: il mercato del giorno prima e il mercato infragiornaliero, che sono però mercati molto semplificati perché non tengono conto di tutti i vincoli di rete, nè dell’esigenza di approvvigionare margini di riserva, ma ormai sono stati consolidati così a livello europeo e così resteranno. Fatto sta che, questi mercati contribuiscono sì a effettuare un primo dispacciamento, ma il cui risultato è semplificato. Nonostante ciò, il prezzo che si forma su questi mercati può dare dei primi segnali alla domanda e all’offerta. Quindi serve fare in modo che questi segnali di prezzo semplificati siano più efficaci con il passare del tempo, a riguardo sono due gli interventi importanti: il primo cercare, come dice il Pniec, di superare il Pun (prezzo unico nazionale dell’energia elettrica), in modo tale che il segnale di prezzo che è già orario, possa anche essere localizzato, distinto cioè sulla base delle zone di mercato, esattamente come succede per i produttori.

Il secondo intervento importante è che questo segnale di prezzo preliminare, pur semplificato, arrivi anche all’utenza diffusa, non soltanto ai grandi produttori e ai grandi clienti. Per farlo, è necessario disporre di un trattamento orario dei dati di misura anche presso l’utenza diffusa, questo è un working in progress che passa attraverso la sostituzione degli apparecchi di misura con i nuovi smart meter 2G. Tutto questo al di sotto dei 55 kW, che include tutto il mondo residenziale, dove sicuramente le pompe di calore troveranno il loro spazio.

Come suddetto, questi mercati sono semplificati perciò servono dopo di essi, importanti system operations, cioè operazioni condotte dal TSO (transmission system operator) Terna, che deve tenere conto dei vincoli di sistema e di tutto ciò che serve per garantire in tempo reale l’equilibrio tra domanda e offerta elettrica, quindi di tutti quegli elementi di cui non hanno tenuto conto i mercati precedenti, essendo semplificati.

Per fare questa attività Terna necessita della cosiddetta flessibilità, cioè della capacità parte di produttori e clienti di modificare all’occorrenza il proprio programma di immissione e prelievo. Questo avviene attraverso il mercato per il servizio di dispacciamento.

Un tempo questa flessibilità era data da unità di produzione programmabili, tra cui le termoelettriche, ora dato che sta cambiando il mix produttivo, è inevitabile che tale flessibilità debba in futuro essere estratta dalla nuova produzione, ma anche dai clienti. Qui si innesta la demand response. Tale flessibilità sempre più estratta attraverso demand response.

Le pompe di calore possono avere un ruolo importante nell’ambio delle UVAM (Unità virtuali abilitate a dare flessibilità), che sono degli aggregatori. Attraverso studi e sperimentazioni si può capire la flessibilità che concretamente può essere estratta dalle pompe di calore, sfruttando la loro capacità termica. Per poterlo fare, servono canali comunicativi tra le utenze diffuse e l’aggregatore, in modo che quest’ultimo le possa utilizzare per prestare in modo aggregato servizi di flessibilità a Terna. Perciò, si avranno due canali comunicativi, uno tra Terna e l’aggregatore e uno tra l’aggregatore e i singoli oggetti diffusi.

Bisogna condurre degli studi in merito al ruolo futuro che le pompe di calore possono avere.

Ultimo elemento, il TSO Terna tiene conto di esigenze globali, ovvero si approvvigiona dai cosiddetti servizi ancillari globali, ma non dimentichiamo che spesso queste realtà sono connesse a reti locali di distribuzione. Anche qui, cambia moltissimo la domanda e l’offerta e anche sulle reti locali di distribuzione, in via prospettica, potrebbero nascere esigenze di risolvere congestioni, di mantenere il corretto profilo di tensione, insomma a tendere dovrà cambiare anche il ruolo del distributore, che dovrà gestire al meglio la propria rete, anche approvvigionandosi di risorse per i servizi ancillari locali, ovvero piccole gestioni di flessibilità locale per la soluzione di problemi locali. Questi ultimi non vengono visti e non potrebbero essere gestiti da Terna.

Questo è l’insieme di prospettive future dove le pompe di calore come anche l’auto elettrica, lato domanda, sicuramente possono rappresentare e possono dare un contributo importante.