Come gestire la transizione energetica
Con l'intensificarsi della corsa globale al raggiungimento degli obiettivi in fatto di emissioni, i sistemi energetici si trovano ad affrontare una crescente pressione per integrare le fonti rinnovabili e allo stesso tempo far fronte alle incertezze del cambiamento climatico. Un recente studio pubblicato su Nature da Iacopo Savelli, ricercatore post-dottorato presso il centro di ricerca GREEN della Bocconi, Enrico Antonini, Laurent Drouet, Alice Di Bella e Massimo Tavoni (tutti della Fondazione CMCC e gli ultimi due anche del Politecnico di Milano) affronta queste sfide attraverso un set di dati completo della domanda e dell'offerta di energia elettrica determinata dalle condizioni meteorologiche e climatiche in Europa dal 1940 al 2100. Questo database ad accesso libero non comprende solo la produzione di energia eolica e solare, ma anche l'afflusso di energia idroelettrica e la domanda di riscaldamento e di raffreddamento. "Il nostro contributo offre un quadro di modellazione internamente coerente che abbraccia sia i dati storici che le proiezioni future", spiega Iacopo Savelli.
Un modello della relazione tra clima ed energia
Con l'aumento della dipendenza dalle energie rinnovabili, le reti elettriche diventano sempre più suscettibili alla variabilità meteorologica e ai cambiamenti climatici. L'energia eolica e solare sono soggette ad una certa intermittenza, che può causare problemi di disponibilità nei momenti critici. L'energia idroelettrica, sebbene più affidabile, è anche sensibile ai cambiamenti dei modelli di precipitazione e dei flussi fluviali. I ricercatori sottolineano che "le fluttuazioni di temperatura e gli eventi estremi modificheranno in modo significativo la domanda di energia", in particolare quando il riscaldamento e il raffreddamento diventeranno più elettrificati.
Per affrontare queste complessità, i ricercatori hanno utilizzato i dati di rianalisi ERA5 e i modelli climatici EURO-CORDEX per generare serie temporali a risoluzione oraria. Combinando le informazioni meteorologiche storiche con vari scenari climatici, il set di dati consente un'analisi dettagliata a livello di Paese in tutta Europa.
Dalle turbine eoliche ai termostati
La ricerca mette in evidenza cinque variabili energetiche chiave: la generazione di energia eolica e solare, l'afflusso di energia idroelettrica e la domanda di riscaldamento e raffreddamento. Per l'energia eolica, il team ha utilizzato modelli specifici di turbine. Le stime dell'energia solare hanno tenuto conto dell'irraggiamento solare, dell'efficienza dei pannelli e delle caratteristiche del terreno. L'afflusso di energia idroelettrica è stato calcolato collegando i dati di deflusso dei bacini con la posizione degli impianti idroelettrici esistenti, mentre la domanda di riscaldamento e raffreddamento è stata modellata utilizzando i dati di temperatura ponderati per la popolazione e i parametri più consolidati per misurare riscaldamento e raffreddamento.
Come spiega Iacopo Savelli, "il vantaggio del nostro set di dati sta nella capacità di analizzare sia la domanda che l'offerta in un quadro unificato, consentendo un approccio olistico alla pianificazione energetica."
Uno strumento utile per i responsabili dei piani energetici e per i decisori politici
I pianificatori energetici si trovano di fronte a decisioni difficili: progettare reti in grado di resistere a condizioni meteorologiche estreme, bilanciando l'offerta con una domanda variabile e riducendo l'impronta di carbonio senza compromettere l'affidabilità. Questo set di dati, che copre un arco di 160 anni, offre uno aiuto fondamentale per affrontare queste sfide. Sia che venga utilizzato per previsioni a breve termine o per simulazioni a lungo termine, esso consente agli stakeholder di esplorare un'ampia gamma di scenari.
Un'applicazione interessante del set di dati è l'analisi decennio per decennio delle energie rinnovabili. Ad esempio, gli autori hanno scoperto che mentre la capacità eolica terrestre mostra poche variazioni nelle condizioni attuali, le proiezioni climatiche future indicano un potenziale calo in gran parte dell'Europa, in particolare negli scenari ad alte emissioni. Le prestazioni del solare fotovoltaico hanno un andamento più positivo in scenari di emissioni moderate, ma diventano meno affidabili con l'aumento delle emissioni.
Verso sistemi energetici resilienti
Il set di dati è disponibile sulla piattaforma Zenodo, garantendo trasparenza e ampio accesso per ulteriori ricerche. Come dice Iacopo Savelli, "fornendo questa serie temporale completa, intendiamo sostenere progetti di sistemi energetici affidabili che possano resistere a un'ampia gamma di incertezze climatiche". Sia che si tratti di affinare le strategie di localizzazione delle fonti rinnovabili, di ottimizzare le soluzioni di stoccaggio della rete o di migliorare le tecnologie di risposta alla domanda, le applicazioni potenziali sono molteplici.
