Innovazione ed energia

La domanda energetica segue l’andamento del PIL dei singoli Paesi e, nonostante la crisi economica degli ultimi due anni, i prossimi anni vedranno a livello mondiale una continua crescita, trainata dallo sviluppo dei Paesi emergenti [1-4]. Saranno infatti i Paesi in via di sviluppo, primi tra tutti Cina ed India, ad aumentare maggiormente la richiesta di energia, mentre l’Unione Europea dovrebbe presentare una crescita minore rispetto alle altre parti del mondo, soprattutto a causa della minor crescita della popolazione.
Nel periodo 1971-2008 la fornitura mondiale di energia primaria è passata da 5800 MTep (1 Tep = 1 tonnellata equivalente di petrolio) a 12000 MTep; la IEA (International Energy Agency) prevede che nel 2015 questo valore dovrebbe attestarsi intorno a 14000 MTep, per raggiungere quota 18000 MTep nel 2030; rispetto al dato del 2008 questo significa un incremento dei consumi del 50%.

In questo scenario di significativa crescita dei consumi, il settore energetico si trova costretto ad affrontare quattro importanti sfide:
1. il cambiamento climatico, con i suoi effetti pesanti sull’ecosistema mondiale. Il rapporto Climate Change 2007 dell’IPPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change) rileva che, nel periodo 1970-2004, le emissioni globali di gas-serra, pesate in base al loro potenziale di riscaldamento globale (GWP, Global Warming Potential) sono aumentate del 70% e del 24% tra il 1990 e il 2004 [2].
2. La progressiva riduzione della sicurezza degli approvvigionamenti energetici, in quanto le maggiori riserve di combustibili fossili che resteranno alla base dei nostri consumi nel breve-medio periodo, petrolio e gas naturale in primis, si trovano in paesi ad elevata instabilità politica.
3. La necessità di supportare le economie emergenti con una generazione di energia che consenta la rapida crescita economica attesa, in modi ambientalmente compatibili in una prospettiva di lungo termine.
4. La necessità di arginare la crescita e la volatilità dei prezzi dell’energia, dovuta all’utilizzo di fonti fossili che presentano maggiore difficoltà di reperimento ed al sempre più massiccio ricorso alle fonti rinnovabili, che avranno necessità di meccanismi incentivanti, per essere economicamente competitive, ancora per diversi anni.

Per affrontare tali sfide sono necessari interventi urgenti da assumere a livello globale, rivolti innanzitutto ad un uso più efficiente e razionale delle fonti energetiche, anche attraverso l’adozione di mirati comportamenti individuali e, in secondo luogo, allo sviluppo di tecnologie innovative in campo energetico. Gli interventi sull’efficienza energetica sono sicuramente i più efficaci nel breve periodo, e non richiedono grandi investimenti. Al contrario, in una prospettiva di medio e lungo periodo, la vera sfida dell’energia e dei cambiamenti climatici può essere affrontata e vinta solo se si incrementano, da subito, gli investimenti in ricerca e sviluppo tecnologico per consentire, da una parte, un ricorso pulito ai combustibili fossili tradizionali e, dall’altra, un pieno utilizzo delle fonti rinnovabili disponibili sul pianeta, a costi competitivi. Per mantenere viva e concreta la promessa di un futuro migliore per le nuove generazioni, il Gruppo ENEL ha previsto, per il periodo 2011- 2015, investimenti in ricerca e sviluppo superiori a 800 milioni di euro, perseguendo l’eccellenza tecnologica, senza tralasciare l’attenzione alle problematiche ambientali.

In modo particolare, la ricetta di ENEL si articola su cinque punti chiave:
1. sviluppo di tecnologie più efficienti per la generazione termoelettrica con zero emissioni di CO2;
2. utilizzo e diffusione delle energie rinnovabili e del nucleare;
3. sviluppo e realizzazione di reti intelligenti (Smart Grid), per la gestione ottimale dell’energia prodotta a livello distribuito da fonti rinnovabili e per la fornitura di servizi sempre più avanzati verso i clienti;
4. test e sviluppo di sistemi di accumulo energetico, per compensare la discontinuità delle fonti rinnovabili e garantire la programmabilità dell’immissione di potenza in rete;
5. promozione della mobilità elettrica come strumento essenziale per la riduzione delle emissioni di gas serra a livello planetario.

Per il concreto perseguimento di questi punti il gruppo Enel negli ultimi anni ha avviato numerosi progetti innovativi, con la realizzazione di importanti impianti dimostrativi e lo sviluppo di aree sperimentali attrezzate, alcune delle quali uniche al mondo. Queste attività vengono portate avanti dall’Area Tecnica Ricerca, con sede principale in Pisa e centri a Brindisi e Catania, complessivamente 200 persone, tra laureati e tecnici diplomati. Di seguito è presentata una breve descrizione dei progetti di ricerca più significativi con i quali ENEL si distingue tra gli operatori elettrici a livello mondiale.


Generazione termoelettrica a zero emissioni - Cattura e Sequestro della CO2 (CCS)
All’interno della centrale termoelettrica di Brindisi Sud, Enel ha realizzato il primo impianto italiano pilota per la cattura e il sequestro della CO2, per sperimentarne il funzionamento e procedere quindi alla realizzazione delle centrali a zero emissioni del prossimo futuro.

La tecnologia, cosiddetta di cattura post-combustione consiste, infatti, in una separazione della CO2 dai gas di combustione, utilizzando appositi sorbenti chimici, e nel successivo trasporto e immagazzinamento in formazioni geologiche, come giacimenti di petrolio e gas esauriti o acquiferi salini profondi. Tali formazioni possono contenere grandi quantità di CO2 in modo stabile e sicuro nel tempo. L’impianto dimostrativo di Brindisi Sud, uno dei più grandi al mondo, è in grado di trattare 10.000 Nm3/h di fumi catturando ca. 2.5 ton/h di CO2. Sulla base del know-how acquisito a Brindisi Sud, ENEL sta già lavorando alla realizzazione di un impianto dimostrativo in piena scala, da integrare all’interno della nuova centrale a carbone di Porto Tolle. L’impianto sarà in grado di trattare circa 800.000 Nm3/h di fumi (250 MWe), catturando 1 Mton/anno di CO2, da inviare allo stoccaggio in un salino acquifero profondo in Alto Adriatico. Il progetto ha ricevuto un finanziamento di 100 milioni di euro dalla comunità europea in ambito EERP (European Economic Recovery Plan). Utilizzo delle fonti rinnovabili


L’utilizzo delle fonti rinnovabili per la generazione di energia, oltre a rappresentare lo strumento ideale per ridurre le emissioni di gas serra, consente un libero accesso alle fonti di energia, sia per i paesi industrializzati che per quelli in via di sviluppo. ENEL è tra i leader mondiali nella generazione di energia da fonti rinnovabili, con oltre 4800 MWe di potenza installata (se si esclude il grande idroelettrico) [5], e una produzione di oltre 17 GWh/a.

Il portafoglio tecnologico è in continua espansione e copre l’intera gamma delle fonti rinnovabili: dalla geotermica all’eolica, dall’idraulica alla solare passando per l’energia delle onde e delle correnti di marea. I progetti di innovazione nel campo delle rinnovabili sono numerosi. Primo tra tutti l’impianto solare termodinamico Archimede, sviluppato e realizzato in collaborazione con ENEA, rappresenta il primo esempio al mondo di centrale solare integrata con ciclo combinato a gas, che rivoluziona il concetto di impianti solari termodinamici con specchi parabolici, in quanto utilizza per la prima volta sali fusi ad alta temperatura (550°C) nel campo solare. Questa innovazione consente di rendere i cicli solari termodinamici completamente eco-compatibili, di aumentarne la sicurezza di funzionamento, di ridurre gli investimenti necessari per la loro realizzazione e di massimizzarne la flessibilità di esercizio. Anche nel campo del solare fotovoltaico numerosi sono i progetti già realizzati e in corso di svolgimento, allo scopo di sviluppare sistemi e componenti a basso costo ed alte prestazioni, e predisporre metodologie unificate per la loro caratterizzazione e qualificazione.

Da ricordare l’investimento di oltre 300 milioni di euro che Enel ha deliberato in partnership con Sharp e STMicroelectronics per la realizzazione a Catania della più grande fabbrica italiana di moduli fotovoltaici a concentrazione. La fabbrica consentirà di portare nel nostro Paese una tecnologia di punta che contribuirà in modo significativo a rispondere ai nostri bisogni energetici in modo eco-compatibile. Sempre a Catania il laboratorio Fotovoltaico della Ricerca sta testando sul campo le più promettenti tecnologie fotovoltaiche disponibili sul mercato, per individuarne le effettive prestazioni nel tempo.

La Ricerca coordina anche il progetto SCOOP, uno tra i principali programmi di sviluppo nel campo del solare fotovoltaico a concentrazione, finanziato in ambito Industria 2015; esso mira alla creazione di filiere nazionali per lo sviluppo di tecnologie fotovoltaiche di punta, in grado di permettere al nostro Paese di esportare tecnologia in tutta la zona dell’Europa e del Mediterraneo.

Nel campo dello sfruttamento dell’energia geotermica è in corso un importante progetto per l’utilizzo delle sorgenti a bassa entalpia (acqua calda a temperatura inferiore a 180ºC), mediante la tecnologia dei cicli binari organici, in aggiunta ai tradizionali impianti geotermici che usano sorgenti calde (200-250ºC). L’impianto dimostrativo che sarà realizzato presso l’area sperimentale Enel Ricerca di Livorno, consentirà di provare su scala pilota (0.5 MWe) una nuova tecnologia a fluido organico supercritico, caratterizzata da un’efficienza superiore del 15% rispetto a quella dei sistemi disponibili in commercio.


Accumulo energetico
Lo sfruttamento delle energie rinnovabili (energia eolica e fotovoltaica) comporta il dover utilizzare sorgenti discontinue, legate all’aleatorietà della velocità del vento e della radiazione solare. Questa circostanza risulta fortemente sfavorevole per una corretta gestione di un sistema elettrico integrato su scala nazionale, dove è indispensabile il coordinamento puntuale tra la produzione ed il carico. Per questi motivi ENEL sta sviluppando uno specifico progetto di ricerca e sviluppo per l’analisi e il test dei sistemi di accumulo elettrochimico avanzati e lo studio della loro integrazione con i sistemi di generazione da rinnovabile. Saranno testate tutte le tecnologie più promettenti disponibili commercialmente o in fase di sviluppo prototipale, in parte presso l’area sperimentale Enel Ricerca di Livorno, in parte all’interno della rete elettrica di Endesa nelle Isole Canarie. Per quanto riguarda l’idrogeno, che, pur avendo bisogno di importanti sviluppi per raggiungere la competitività, presenta potenzialità di interesse per lo stoccaggio energetico, Enel ha realizzato una stazione sperimentale all’interno della centrale termoelettrica di Fusina, nell’ambito di uno specifico progetto di ricerca, finanziato dal Ministero dell’Ambiente e dalla Regione Veneto.


Smart Grid
La rete elettrica nazionale storicamente nasce per raccogliere grandi quantità di energia dalle centrali di produzione e distribuirle a un gran numero di clienti-consumatori. Essa prevede: controllo centralizzato, flussi di potenze unidirezionali e reti passive. Questa concezione della rete è ormai in fase di superamento: non solo più linee, interruttori, trasformatori, ma anche elettronica, informatica e comunicazione che vanno ad aggiungersi ad essa. La rete elettrica del futuro non sarà più solo un canale per trasmettere e distribuire energia elettrica, dalle grandi centrali ai clienti finali, ma una rete comune “intelligente”, ovvero una “Smart Grid”, in grado di fare interagire produttori e consumatori, di determinare in anticipo le richieste di consumo e di adattare con flessibilità la produzione e il consumo di energia elettrica. La rete di distribuzione di ENEL è da considerarsi tra le più evolute nel contesto europeo.

Questo grazie a due aspetti principali che la rendono la più vicina del continente al concetto di Smart Grid:
• automazione della rete di distribuzione avanzata, con circa il 25% delle cabine secondarie (100.000 su 425.000 totali) telecontrollate e dotate di strumentazione e dispositivi di automazione;
• tutte le utenze connesse con contatore elettronico: 31 milioni di contatori elettronici su un totale di 36 clienti totali nazionali, un primato di innovazione assoluto di Enel (sono inoltre previste 15 milioni di installazioni anche in Spagna).

Una rete veramente Smart richiederà anni per essere realizzata.
È necessario lavorare su:
• una sempre crescente capacità di integrare e gestire la nuova generazione distribuita;
• un sempre maggiore supporto al coinvolgimento del cliente finale alle dinamiche del mercato elettrico.

In questo campo ENEL, attraverso Enel Distribuzione e con il supporto della Ricerca, è leader del progetto di ricerca europea ADDRESS. Il progetto, che vede la partecipazione delle principali utilities e centri di ricerca europei ed è finanziato dalla Commissione Europea, analizza le tecnologie ed i meccanismi economici necessari per l’implementazione di strategie di gestione attiva della domanda, in un contesto di forte penetrazione di generazione distribuita da fonti rinnovabili. L’ambito considerato è quello della utenza residenziale o piccolo commerciale. La Ricerca, oltre a supportare Enel Distribuzione, sta dedicando particolare attenzione allo sviluppo di soluzioni innovative per l’integrazione della generazione da fonti rinnovabili in distretti energetici locali di tipo terziario o industriale, implementando strategie di gestione ottimizzata e di eventuale fornitura di servizi alla rete, attivando così una struttura integrata di tipo Smart Grid. Un incremento delle funzionalità di controllo e dei margini di riserva, ottenuto anche attraverso l’utilizzo di accumuli energetici localizzati e una gestione coordinata dei carichi, può infatti migliorare la partecipazione al mercato elettrico della produzione da fonte rinnovabile e può essere valorizzato anche con la fornitura di servizi alla rete di distribuzione. Attraverso la sua Ricerca e l’attitudine all’innovazione di tutte le sue divisioni operative, ENEL dimostra un costante orientamento al futuro e si propone di migliorare la sua attenzione all’ambiente attraverso lo sviluppo di soluzioni tecnologiche innovative, sempre più diversificate ed efficienti, che consentono di migliorare la qualità della vita di tutti i cittadini.



Bibliografia
1. International Energy Agency (IEA), Key World Energy. Statistics 2010. www. iea.org/textbase/nppdf/free/2010/key_ stats_2010.pdf
2. IPCC- Intergovernmental Panel on Climate Change Contribution of Working Group I-IV to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, 2007. http://www. ipcc.ch/publications_and_data/publications_ and_data_reports.shtml#1
3. ENEA, LE FONTI RINNOVABILI 2010 Ricerca e innovazione per un futuro low-carbon, a cura di: Carlo Manna e Andrea Fidanza, http://www.enea.it/produzione_scientifica/volumi/ V2010_07-FontiRinnovabili2010.html
4. Società italiana di Fisica, Energia in Italia: problemi e prospettive (1990-2020) www.sif.it/SIF/resources/public/files/ LibroBianco.pdf
5. Enel. 2009 Rapporto Ambientale. http://www.enel.com/it-IT/sustainability/ environment/environmental_reporting/ environmental_report/