Osmose, quando la tecnologia “stabilizza” le fonti rinnovabili

La transizione energetica solleva due temi importanti. Il primo è numerico: gli impianti rinnovabili sono molti, di piccole dimensioni e diffusi sul territorio, il che implica una maggiore difficoltà di gestione rispetto al passato. Il secondo riguarda la discontinuità delle fonti, perché vento e raggi solari non sono sempre disponibili. Come faremo allora a raggiungere l’obiettivo del 100% di energia green entro il 2050?

Per contribuire a risolvere questo dilemma l’Europa ha dato vita al progetto Osmose, realizzato nell’ambito del programma Horizon 2020. In prima fila per l’Italia c’è Terna, la società di gestione della rete di trasmissione elettrica, che sta conducendo una serie di esperimenti tra la Puglia e la Basilicata. Il programma è partito all'inizio del 2018 e la fase di studio si è da poco conclusa: entriamo ora nella fase di sperimentazione sul campo, che proseguirà fino a ottobre-novembre. La conclusione del progetto è prevista tra la fine del 2021 e l'inizio del 2022.

«Il nostro obiettivo è studiare metodologie e strumenti per fare in modo che la produzione da rinnovabili sia effettivamente utilizzabile sulla rete. Per integrare le rinnovabili è necessario aumentare la flessibilità della rete e del sistema elettrico nel suo complesso», ossia la sua capacità di adattare l’offerta alle variazioni della domanda, spiega Luca Orrù, responsabile del progetto per Terna. Del resto, l’acronimo Osmose sta proprio per “Optimal System Mix of Flexibility Solutions for European Electricity”.

Nel concreto, la ricerca di Terna si concentra su quattro di queste possibili "flexibility solution". Vediamo di cosa si tratta.

1. La flessibilità dal lato della domanda. Il primo ramo del progetto ha a che vedere con la flessibilità della richiesta di energia. «La domanda è sempre stata intesa come qualcosa di statico: l'utente ha bisogno di 100 megawatt, io gli fornisco 100 megawatt – continua Orrù –. Ma uno dei modi per garantire maggiore flessibilità al sistema è proprio fare in modo che l'utente modifichi la propria richiesta di energia. Il discorso potrebbe valere anche per i piccoli utenti domestici, ma noi in Osmose ci siamo concentrati su una serie di grandi impianti industriali. In particolare, abbiamo studiato se, quando necessario alla rete, questi impianti potessero ridurre i loro consumi. Ovviamente dovrebbero farlo su richiesta e a fronte di una remunerazione economica. In passato si puntava molto sul demand side response come risorsa di flessibilità: oggi siamo un po’ più realisti e Osmose dimostrerà che su questo fronte potremo ottenere meno di quello che speravamo».

2. Inerzia sintetica. La seconda applicazione è legata invece agli impianti di produzione. «Siamo andati a prendere due campi eolici di grande taglia, uno di Enel e uno di Edison – spiega ancora l'ingegnere di Terna – e stiamo studiando la possibilità che questi impianti possano fornire quella che si chiama inerzia sintetica». Vediamo di spiegare. Le reti elettriche sono gestite con corrente alternata, che viene prodotta da alternatori, cioè macchine rotanti collegate alle turbine che producono energia. Ad esempio, in una centrale termoelettrica il vapore prodotto dalla caldaia è convogliato su una turbina che gira producendo energia meccanica, la quale a sua volta sarà convertita in elettricità alternata dall'alternatore. Questo sistema ha un vantaggio enorme: risponde in maniera naturale alla variabilità della domanda. Si tratta di un punto molto importante, perché i consumi variano notevolmente non solo a seconda delle stagioni, ma anche nel corso di una stessa giornata.

Per ragioni tecniche, questo vantaggio viene meno negli impianti collegati a fonti rinnovabili. Di conseguenza, un sistema fondato solo sulle rinnovabili – l’obiettivo che ci siamo impegnati a raggiungere entro i prossimi 30 anni – avrebbe gravi problemi di stabilità e il rischio di blackout sarebbe molto alto. «Per questo stiamo studiando come anche gli impianti eolici e fotovoltaici, connessi alla rete attraverso dispositivi elettronici, possano meglio rispondere alle variazioni rapide della domanda, aumentando così la stabilità della rete», fa notare Orrù.

3. Evitare il surriscaldamento. Il terzo ambito di indagine ha a che vedere con il concetto di limite dinamico associato a ogni linea elettrica, il cosiddetto "dynamic thermal rating". In sostanza, se si stabilisce che una determinata linea può portare 1.000 megawatt, questo limite è valido sempre o cambia al massimo in funzione della stagione estate/inverno. La ragione principale è la sicurezza: l’elettricità riscalda i cavi dei tralicci, che per questo motivo si allungano e si abbassano. Bisogna quindi cercare di controllare l'energia immessa su ciascuna linea per evitare che i cavi si avvicinino troppo al suolo. È proprio a questo che servono i limiti statici, che vengono stabiliti a priori.

«Da diverso tempo ci siamo resi conto che queste soglie possono essere modificate a seconda delle condizioni atmosferiche», continua Orrù. «Ad esempio, se c’è molto vento o se fa freddo, i limiti statici con cui siamo abituati a lavorare possono essere ampiamente superati senza alcun rischio per la sicurezza. La nostra attività consiste quindi non solo nello sperimentare nuovi sensori sulle linee elettriche per misurare le condizioni ambientali e quindi indirettamente le condizioni fisiche della linea elettrica, ma addirittura prevederle con diverse ore di anticipo e capire così che margine abbiamo per aumentarne la capacità di trasporto. Con questi sistemi, in alcuni casi, si riesce perfino a raddoppiare il valore del limite statico». Il problema che si punta a risolvere con questa metodologia è quello della congestione, che a volte costringe a tagliare la produzione da fonti rinnovabili perché sulla rete non c’era abbastanza capacità di trasporto.

4. Energy management system. Infine l’Energy management system è un nuovo algoritmo che ottimizza tutto il processo. Riesce a prevedere la richiesta di energia e i livelli di produzione, tenendo conto allo stesso tempo della flessibilità della domanda e della rete. In questo modo, il sistema aiuta gli operatori della sala di controllo a prevenire o a risolvere eventuali congestioni.