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LA TRASFORMAZIONE ENERGETICA DEL SISTEMA ELETTRICO TEDESCO

UN’ANALISI DI COME LA GERMANIA IN 15 ANNI E' RIUSCITA A TRASFORMARE UN SISTEMA DI PRODUZIONE DELL’ENERGIA ELETTRICA BASATO SU FOSSILI E NUCLEARE AD UN SISTEMA BASATO SULLE FONTI RINNOVABILI

Il sistema energetico Tedesco, relativo alla produzione di energia elettrica, resta uno dei sistemi impiantistici più interessanti e significativi per poter comprendere come una nazione, con una produzione industriale elevatissima, una popolazione numerosissima ed una posizione geografica non certo semplice per le condizioni climatiche, può tranquillamente aspirare ad ottenere, entro il 2030, la maggior parte dell’energia elettrica necessaria al funzionamento di tutto il sistema dalle fonti rinnovabili.

IL PARCO DI GENERAZIONE TEDESCO ALL’INIZIO DEL MILLENNIO

All’inizio di questo millennio, il parco impiantistico, dedicato alla produzione dell’energia elettrica in Germania, si basava su un sistema incardinato essenzialmente su tre fonti di energia primaria:

La fonte fossile, suddivisa in gas e carbone, la fonte nucleare con l’uranio e la fonte rinnovabile costituita essenzialmente da eolico, idroelettrico e biomassa. 

Il 63 % della potenza installata era fornita dalla fonte fossile, il 20 % del parco elettrico utilizzava l’uranio (figura 1)

FIGURA 1

FIGURA 2

e solo il 17 % della potenza installata proveniva da fonti energetiche rinnovabili  (figura 2) , in particolare dalla fonte eolica (figura 3)

FIGURA 3

la fonte solare rappresentava soltanto lo 0,25 % del parco elettrico con una potenz ainstallata di 0,3 GWp.  Nel 2002, il consumo di energia elettrica in Germania era di circa 570 TWh e la copertura dovuta alle rinnovabili non superava il 9 %, con un potenza installata di circa 19 GW (figura 3).

L’ENERGIEWENDE

Energiewende è il termine che rappresenta la svolta energetica che la Germania si è riproposta di adottare già molti anni fa. Il popolo tedesco è fermamente convinto che la combustione di carbone, petrolio e gas sta causando il surriscaldamento del nostro pianeta e che l’attuale mix energetico non è sostenibile. 

Uno degli obiettivi principali dell'Energiewende è la decarbonizzazione del sistema energetico, decarbonizzazione attuabile passando all’utilizzo massivo delle fonti rinnovabili e riducendo la domanda grazie a una maggiore efficienza. Nel 2015, un'indagine ha rivelato che il 55 % dei tedeschi crede che il cambiamento climatico è un " problema molto grave". Non sorprende che l'indagine ha determinato che il 79 % dei tedeschi ritengono che l'efficienza energetica e la lotta ai cambiamenti climatici siano buone leve per l'economia e la crescita e possono creare posti di lavoro. Il mondo delle imprese tedesco è d'accordo che la tecnologia pulita è un'opportunità per la crescita economica. 

L’Energiewende è un programma a lungo termine che ha come obiettivo finale la riduzione delle fonti fossili in ogni settore dell’economia, dall’industria, al terziario, dai trasporti all’utilizzo nel settore residenziale. Forse nessuna altra legislazione è stata copiata in tutto il mondo come la legge sull'energia rinnovabile della Germania (EEG), rendendola una straordinaria storia di successo. La legge specifica che le rinnovabili hanno priorità di dispacciamento sulla rete e che gli investitori nelle fonti energetiche rinnovabili devono ricevere un compenso sufficiente per fornire un rendimento adeguato sul loro investimento indipendentemente dai prezzi dell'energia elettrica scambiata. L'elevato livello di sicurezza degli investimenti e la mancanza di burocrazia sono spesso citati come motivi principali del perché l'EEG abbia ridotto tanto il costo delle energie rinnovabili. Al contrario, i sistemi delle quote non forniscono agli investitori sicurezza o incentivi per garantire che siano utilizzate una vasta gamma di tecnologie rinnovabili in modo da diventare meno costose

LE POLITICHE INCENTIVANTI

All'inizio degli anni '90 la Germania ha presentato una politica incentivante molto semplice per promuovere l'energia elettrica da fonti energetiche rinnovabili, tra cui l'energia eolica, l'energia solare e piccoli generatori idroelettrici. Nel 2000 queste tariffe sono state riviste, ampliate e aumentate; Ogni tre o quattro anni vengono riesaminate e la legge è adeguata anche al mercato. L'ultima revisione importante è stata intrapresa nel 2016 per introdurre il passaggio dalle tariffe incentivanti alle aste.

I proprietari di impianti solari e parchi eolici hanno avuto garantito l'accesso alla rete in maniera prioritaria. Gli operatori di rete sono obbligati, per legge, ad acquistare energia rinnovabile, con il risultato (previsto) che le centrali elettriche convenzionali devono essere riallocate nel processo, inquanto le rinnovabili  devono essere compensate con la produzione di energia convenzionale.

Mentre le tariffe incentivanti (feed-in) sono state ampiamente copiate, al di fuori della Germania, in più di 50 paesi, l'aspetto centrale dell'accesso alla rete è talvolta trascurato in molti Stati. I progetti anche in assenza di tariffe incentivanti sarebbero redditizi alle tariffe feed-in potrebbero quindi rimanere bloccati in assenza di una connessione di rete.

La situazione non è affatto perfetta anche in Germania; Eventuali sviluppatori di progetti  possono lamentarsi dei ritardi nei collegamenti di rete, ma nel complesso, la maggior parte delle connessioni di rete è abbastanza semplice da ottenere, in modo tempestivo e in altri paesi, probabilmente, gli investitori vorrebbero avere i termini di accesso alla rete stipulati nell'EEG tedesca.

Il contratto standard in Germania, per le tariffe feed-in firmate con le utilities è di due pagine. Al contrario,  in altri paesi, come gli Stati Uniti che dispongono del Power Purchase Agreements (PPA), facilmente  un contratto può essere di 70 pagine e con una negoziazione individuale tra il venditore e l'acquirente.

In Germania, le tariffe feed-in sono garantite per 20 anni, intervallo di tempo insolitamente lungo per i PPA. E da non trascurare un altro aspetto importante: ovvero la necessità di un avvocato, se non di un team di avvocati, per formulare un PPA, mentre il tedesco medio non ha problemi a capire il contratto di due pagine per le tariffe  feed-in.

IL NUOVO MIX ENERGETICO

Il programma ha visto, dopo il disastro di Fukushima un ulteriore modifica nel mix energetico, con la diminuzione della produzione di energia elettrica da fonte nucleare, in un periodo relativamente breve, imponendo la chiusura dell’ultimo impianto per il 2022.  Dal 2011 al 2017 già sono stati chiusi 9 impianti su 17 (figura 4).

figura 4 - timeline dal 2002 per l’uscita dal nucleare

Si è detto tanto, soprattutto in Italia, su questa scelta e sulle ripercussioni che si avrebbero avuto sulle emissioni climalteranti, sul fatto che in Germania avrebbero sostituito il nucleare con centrali  a carbone e non certo con le rinnovabili.

In realtà oggi, verifichiamo che l’idea tedesca non solo è stata rispettata in pieno, ma ha anche portato benefici economici alla Germania. Dai grafici riportati (figura 5), si evince come sostanzialmente i GW installati di impianti a carbone sono rimasti abbastanza invariati

FIGURA 5 Potenza netta installata che utilizza carbone periodo 2002-2017

E il numero di impianti dismessi e quelli nuovi hanno solo modificato lo scenario in termini di impianti sicuramente piè efficienti e meno inquinanti (figura 6).

FIGURA 6 – Variazione annuale di Potenza dismessa e installata che utilizza carbone nel periodo 2002-2017

Se invece ci soffermiamo sull’andamento delle installazioni degli impianti a fonte rinnovabile è palese verificare come l’Energiewende ha raccolto in questi anni i suoi frutti con un trend di crescita impressionante( figura 7 e 8).

FIGURA 7 - Potenza installata che utilizza fonte rinnovabile nel periodo 2002-2017

FIGURA 8 – Installazione e dismissione di potenza installata che utilizza fonte rinnovabile nel periodo 2002-2017

LA TRANSIZIONE VERSO LE RINNOVABILI

La Germania ha iniziato il suo percorso di transizione verso le energie rinnovabile agli inizi degli anni 90. A differenza di altre nazioni in cui la fonte rinnovabile sfruttata era soprattutto quella idroelettrica, sul territorio tedesco la scarsità di tale risorsa, data la sostanziale assenza di rilievi montuosi, ha richiesto una tecnologia più matura per poter sfruttare la fonte rinnovabile più promettente che esisteva in quei territori: l’energia eolica. Il primo GW di potenza eolica installata è stato raggiunto nel 1995 e nello stesso anno furono prodotto circa 1.500 GWh di energia elettrica da tale fonte. Ma per iniziare ad avere un peso interessante nel mix produttivo, l’eolico tedesco ha dovuto attendere un po’ di anni; l’attesa non è stata lunga e, grazie ad una crescita negli investimenti ed una politica incentivante, oggi la generazione da energia eolica consente alla Germania di produrre 78 tWh di energia elettrica, che rappresentano il 14,3 % di produzione della nazione (dati 2016 - figura 9)

FIGURA 9 suddivisone della produzione elettrica per fonte nel 2016

Inoltre, attraverso un serio e studiato programma di sviluppo, oggi si intravedono numeri interessanti anche per la produzione da tecnologia offshore. Negli ultime tre anni il numero di GW installati è cresciuto rapidamente arrivando a 4,5 GW, generando circa 12 TWh nel 2016 (figura 10).

FIGURA 10 – Potenza installata nell’eolico offshore nel periodo 2002-2017

FIGURA 11 – Dislocazione impianti eolici off shore

FIGURA 12 – Produzione nel 2016 di energia da eolico offshore

Anche nella generazione da fonte solare con impianti fotovoltaici, negli ultimi dieci anni, la Germania è stata criticata per il suo impegno, essendo quest’ultima, per anni, stata la tecnologia più costosa.

Ma grazie alle innumerevoli installazioni in giro per il mondo – fra cui anche quelle sul territorio Italiano- oggi il PV è addirittura più conveniente degli impianti eolici offshore, competitivo con la biomassa  e si prevede che potrà diventare competitivo con l'energia eolica onshore nel prossimo futuro (figura 13).

Figura 13 – Andamento del costo di produzione del kWh per tecnologia e fonte  

La sfida ora è di integrare elevate quantità di energia solare nell'alimentazione del sistema elettrico del paese. Anche se la Germania notoriamente è conosciuta per essere un paese non particolarmente soleggiato, la stessa ha sviluppato uno dei più grandi mercati mondiali nel settore del solare fotovoltaico (figura 14).

FIGURA 14- Potenza installata di fotovoltaico in diversi paesi – anno 2015

Il prezzo del fotovoltaico è diminuito, negli ultimi due decenni, più che per qualsiasi altro tipo di tecnologia che sfruttava l’energia rinnovabile; e gli esperti ritengono che  sarà competitivo con il potere del carbone nel prossimo decennio. (in realtà lo è già in pesi estremamente soleggiati). Attualmente l'energia solare può fornire fino al 50% della domanda di potenza tedesca per alcune ore e nei periodi primaverili ed estivi in giornate soleggiate con bassa domanda di energia. 

Nel luglio del 2015, la produzione di energia elettrica da PV è stata, per la prima volta, superiore a quella di energia nucleare. 

FIGURA 15 – produzione di energia elettrica da fotovoltaico nel 2016 per mese

Nel 2016 in Germania sono stati prodotti 37,5 TWh di energia elettrica da fonte solare (figura 15) e nel primo quadrimestre 2017 10,2 TWh circa il 16 % in più rispetto allo stesso periodo 2016.  Nel 2016 la produzione totale annua da fotovoltaico ha pesato per un 6,9 % sul totale prodotto. 

Nel 2010 il rapporto tra energia elettrica prodotta dal sole ed energia nucleare era 1 a 10, a fine 2016 questo rapporto è sceso a 1 a 2(figura 16).

FIGURA 16 – Produzione di energia elettrica da fonte nucleare e solare in Germania nel 2016

L'esempio tedesco mostra che i mercati dell’energia elettrica dovranno essere ridisegnati per il solare e per l’accumulo dell’energia prodotta durante le ore diurne, in maniera da incrementare la produzione da tal fonte.

Infine, ricordiamo che anche una risorsa come la biomassa è stata sfruttata e valutata all’interno del percorso di decarbonizzazione.

Tale risorsa però dal 2011 non è stata più eccessivamente spinta  e le ragioni sono molteplici (figura 17).

FIGURA 17 – Andamento della Potenza installata in Germania he sfrutta Biomassa – periodo 2002-2017

La biomassa è una fonte speciale di energia rinnovabile per diversi motivi. 

In primo luogo, può fornire direttamente tutti e tre i tipi di vettori energetici: elettricità, calore e carburante (liquidi, solidi e gas). In secondo luogo, è facilmente accumulabile e dispacciabile; Quando non c'è sufficiente sole o vento, i generatori a biomassa possono sopperire a tale disavanzo se necessario. 

Lo svantaggio principale è che la biomassa richiede una gestione rigorosa per essere sostenibile; infatti, mentre non vi è alcuna incidenza e correlazione tra quanti pannelli solari e turbine eoliche installiamo e l’esaurimento della fonte solare o eolica - non utilizzeremo l 'energia solare facendola esaurire prima, né riduciamo in maniera sensibile la quantità di vento presente sulla terra se continuiamo a installare turbine eoliche- con la biomassa, dobbiamo evitare l'esaurimento delle risorse; impedire la riduzione delle biodiversità a favore delle monocolture energetiche e assicurarci che il fabbisogno energetico dei paesi ricchi non sia soddisfatto a scapito di una riduzione di cibo per i paesi poveri. 

Inoltre, poiché può coprire una vasta gamma di servizi energetici, la biomassa rappresenta una quota elevata dell'approvvigionamento energetico planetario, in particolare nei paesi in via di sviluppo, più dell'energia idroelettrica o nucleare (che forniscono solo energia elettrica) - anzi più di tutte le altre rinnovabili messe insieme. Secondo Ren21, la biomassa ha coperto più del 14 % della domanda di energia finale globale nel 2014 (la maggior parte delle quali era la biomassa tradizionale), mentre la quota di energia nucleare è scesa al 2,5 %.

LA SITUAZIONE ATTUALE

Il percorso virtuoso intrapreso in Germania, nel settore elettrico ha indubbiamente dato i suoi frutti; attualmente la Germania è uno dei paesi al mondo con il numero di GW installati tra eolico e fotovoltaico più elevato. In questi ultimi anni solo Cina e Stati Uniti hanno fatto meglio dei tedeschi, la Germania attualmente può contare su 93 GW di potenza installata tra eolico onshore, offshore e fotovoltaico. Un valore 9 volte più grande di quello installato 15 anni fa (figura 18).

FIGURA 18- Potenza installata in Germania di fotovoltaico ed eolico periodo 2002-2017

In Europa la Germania rimane il paese leader in termini di potenza installata negli ultimi anni sia per l’eolico (figura 19) che per il fotovoltaico. 

FIGURA 19 – Potenza eolica installata nel mondo a fine 2016

Inoltre l’incidenza di queste due risorse sul totale prodotto nel paese è a valori elevatissimi e cresce ancora, a fine 2016 erano 115 TWh per un valore di share del 21% (figura 20).  

FIGURA 20– Percentuale della copertura di energia rinnovabile nelle prime 20 settimane del 2017

Nelle prime 20 settimane del 2017 la % di produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile ha stabilito nuovi record. Il 30 Aprile la quota rinnovabile ha superato il 65% toccando punte durante la giornata anche dell’80 %, chiaramente era un giorno festivo, ma dal grafico di seguito si evince come il valore minimo nelle prime 20 settimane del 2017 è del 19% con punta di oltre il 50% ed un valore medio del 37%. Numeri assolutamente eccezionali ed incoraggianti per un obiettivo futuro al 2030 dell’80% La Germania ha oggi ampiamente superato i 42 GW totali (circa 42,4 GW), più del doppio del parco fotovoltaico del nostro paese. La legge tedesca prevede che le tariffe incentivanti termineranno quando la potenza cumulativa del fotovoltaico in Germania avrà raggiunto i 52 GW.

CONCLUSIONI

Il percorso intrapreso, e su analizzato, è già a buon punto; ma contestualmente in  Germania si producono diversi studi ogni anno su come perseguire una riduzione del carbonio dell’ 85-90% entro il 2030 - senza assolutamente ridurre gli standard di vita o incidere sull'economia del paese.

 La risposta è assolutamente sempre la stessa, concentrandosi su come si possa  prima diventare considerevolmente più efficienti, per ridurre la domanda di energia, anche per la produzione di calore; Congiuntamente allo sforzo da produrre sull'efficienza energetica è necessario incrementare ulteriormente la produzione di energia elettrica dalle rinnovabili (figura 21- 22).

FIGURA 21 – Programmi di incremento dell’efficIenza energetica al 2050

FIGURA 22 – Andamento della riduzione di richIesta energia primaria e di aumento di fonti rirnnovabili

Inoltre nel prossimo futuro Il settore dei trasporti sarà una sfida importante, dove sarà necessario non trascurare nessuna strada e valutare una vasta gamma di soluzioni.

Anche nel settore dell'illuminazione con le tecnologie che già sono disponibili molte, come le luci a LED anziché le lampadine tradizionali e nel settore residenziale il sempre crescente numero di case NZEB o case passive possono consentire bassi livelli di consumo energetico. I veicoli elettrici stanno diventando sempre più popolari. L'aviazione e la spedizione a lunga distanza rimangono i campi in cui le soluzioni da adottare e l'utilizzo delle rinnovabili sono comunque più complesse.

Infine un grande aiuto sarà dato anche dal percorso di trasformazione e riduzione congiunta dell’utilizzo delle fossili, riducendo sempre di più il carbone a favore del gas naturale (figura 23).

FIGURA 23 Programma di decarbonizzaizone del settore elettrico al 2050 con la sostituzione del carbone con il gas naturale


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