In inverno, la produzione di energia solare diminuisce drasticamente, ma questo è proprio il momento in cui la domanda di energia elettrica è più alta. Come possiamo colmare questa lacuna? Credito:Laboratori federali svizzeri per la scienza e la tecnologia dei materiali
Se vogliamo sbarazzarci dei combustibili fossili a livello nazionale, c'è molto da fare. Sarà un progetto generazionale, questo è chiaro. Il ricercatore Empa Martin Rüdisüli, Sinan Teske e Urs Elber hanno ora calcolato quanto lunga e ripida potrebbe essere la strada verso un sistema energetico sostenibile; il loro studio è stato pubblicato alla fine di giugno sulla rivista Energie .
I ricercatori hanno scelto un approccio conservativo e inizialmente hanno raccolto dati reali sul consumo di elettricità, fabbisogno di riscaldamento e consumo di acqua calda in Svizzera. Questi dati sono poi serviti come base per un esperimento mentale. Il fabbisogno elettrico della Svizzera è ancora abbastanza facile da determinare:il gestore di rete svizzero Swissgrid fornisce valori dettagliati per ogni quarto d'ora ogni giorno dell'anno. Il fabbisogno di energia per il riscaldamento e di acqua calda diventa sempre più difficile. Gli esperti dell'Empa hanno utilizzato i dati del fornitore di teleriscaldamento REFUNA, che fornisce a diversi comuni della bassa valle dell'Aar il calore di scarto della centrale nucleare di Beznau. Un'analisi dei dati ha mostrato che il fabbisogno di calore delle case collegate è correlato abbastanza bene con la temperatura esterna e nelle notti più calde di 18 gradi Celsius, il calore viene quindi utilizzato solo per l'acqua di processo e l'acqua della doccia.
Sistemi di riscaldamento elettrificati e auto
Per il loro esperimento mentale, i ricercatori hanno fatto varie presunzioni. in primo luogo, la maggior parte degli svizzeri si comporta come gli abitanti della bassa Valle dell'Aare e vive in edifici simili. In secondo luogo, per allontanarsi dal gasolio e dal gas naturale, il fabbisogno di riscaldamento di tutti gli edifici sarà prima ridotto di circa il 42% attraverso misure di ristrutturazione; poi i 3/4 del restante fabbisogno termico in case e appartamenti così ristrutturati saranno realizzati con pompe di calore elettriche. E in terzo luogo:la mobilità sarà elettrificata nella misura in cui circa i 2/3 di tutti i viaggi in auto private possono avvenire elettricamente, che corrisponde a circa il 20% di tutti i chilometri percorsi. Traffico merci e viaggi a lungo raggio, d'altra parte, non sono così facili da convertire, motivo per cui sono stati esclusi dall'elettrificazione della mobilità nello studio.
Le centrali nucleari non hanno più un ruolo nello studio dell'Empa, perché l'eliminazione graduale dell'energia nucleare è stata decisa dal referendum sull'Energy Act del maggio 2017. Pertanto, i ricercatori si aspettavano una forte espansione del fotovoltaico; metà di tutte le superfici del tetto in Svizzera valutate da buone a particolarmente idonee nell'ambito del progetto www.sonnendach.ch sono dotate di celle solari. Ciò corrisponde a circa un terzo di tutte le superfici dei tetti in Svizzera.
Di quanto aumenta la domanda di energia elettrica?
Prossimo, i ricercatori hanno determinato il consumo di elettricità risultante, che probabilmente aumenterà di circa 13,7 terawattora all'anno a causa delle pompe di calore e dei veicoli elettrici, ovvero di circa il 25% rispetto ad oggi. Ancora più allarmante di questo significativo aumento dei consumi, però, era il divario temporale tra la produzione di elettricità e la domanda:le celle solari producono la maggior parte dell'elettricità in estate, ma le pompe di calore e le auto riscaldate richiedono una quantità particolarmente elevata di elettricità in inverno. Ciò si traduce in un divario di offerta stagionale.
Ciò potrebbe essere compensato importando elettricità dai paesi vicini, come già avviene oggi in caso di penuria. Ma il nostro CO 2 l'equilibrio ne risentirà probabilmente di conseguenza, perché l'elettricità proveniente dall'Europa spesso peggiora in modo massiccio la CO 2 equilibrio della Svizzera, che è stato così accuratamente elettrificato. Le pompe di calore e le auto elettriche quindi avvantaggiano maggiormente il clima se anche l'elettricità necessaria per loro è rinnovabile.
Cosa suggeriscono i ricercatori?
Però, lo studio dell'Empa fornisce anche alcune preziose indicazioni su come implementare un sistema low-CO 2 sistema energetico. in primo luogo, ha più senso sostituire i sistemi di riscaldamento a gasolio con pompe di calore se gli edifici sono isolati utilizzando la tecnologia più avanzata. Perché una pompa di calore senza un adeguato isolamento è notevolmente meno efficiente. In secondo luogo, ogni centrale nucleare deve essere sostituita con circa otto volte la potenza fotovoltaica. Come mai? Una centrale nucleare fornisce circa 8, 000 ore di elettricità all'anno:una cella solare, però, solo 1, 000 ore. Ciò significa un gran numero di pannelli solari, su tutte le superfici disponibili. In terzo luogo, abbiamo bisogno di quanta più capacità di stoccaggio possibile per l'energia solare, sia impianti di stoccaggio a batteria locali che impianti di stoccaggio con pompaggio, nonché altre tecnologie di stoccaggio, in particolare impianti di accumulo termico (geotermico), ma anche tecnologie per convertire l'elettricità in fonti energetiche chimiche. Questo perché il sole splende abbastanza forte solo poche ore al giorno per riempire i depositi. Per il resto del tempo, l'energia immagazzinata deve durare.
in quarto luogo, dobbiamo creare impianti di accumulo termico stagionale in modo che il fabbisogno elettrico delle pompe di calore possa essere ridotto in inverno. quinto, dobbiamo far corrispondere meglio la domanda e l'offerta di energia. Ci sarà abbondanza di energia solare e calore in estate, ma in inverno in particolare le energie rinnovabili saranno in futuro una merce rara (e quindi costosa). Sesto, e questa è la buona notizia:l'elettromobilità non fa pendere l'equilibrio. Sotto le ipotesi fatte, la ricarica quotidiana dei veicoli elettrici a casa, al lavoro o durante la spesa genera solo picchi relativamente bassi nella domanda di elettricità rispetto alla fornitura di calore elettrico. Un prerequisito per questo, però, è reti appropriate con capacità sufficiente.
Se ulteriori energie rinnovabili come l'energia eolica, energia geotermica, più biomassa e un po' più di energia idroelettrica si realizzeranno in inverno in futuro, il divario di copertura si ridurrà, però, probabilmente non sarà possibile chiuderlo completamente. L'elettrificazione del calore e della mobilità da sola non risolverà quindi il problema. "Affinché la conversione sostenibile del nostro sistema energetico abbia successo, abbiamo bisogno sia a breve che a lungo termine, ad es. tecnologie stagionali di accumulo di energia. Ecco perché non dovremmo mettere i settori energetici l'uno contro l'altro, ma tieni aperte tutte le opzioni tecniche, " dice Martin Rüdisüli. E Sinan Teske aggiunge:"Dobbiamo imparare dalla natura come affrontare l'energia solare, che non è disponibile tutto l'anno. Potremmo immagazzinare il più possibile in estate e limitare le nostre esigenze in inverno. Oppure potremmo cercare partner nell'emisfero sud della terra che possano raccogliere l'energia solare e consegnarla alla Svizzera quando arriva l'inverno, e viceversa."
