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L'economia dell'Africa meridionale si sta sviluppando rapidamente, guidando una crescente domanda di elettricità. Soddisfare efficacemente questa domanda richiederà un equilibrio tra considerazioni sociali, economiche, geografiche, tecnologiche e ambientali.
I ricercatori dell'UC Santa Barbara hanno guidato un team internazionale che ha analizzato le risorse e la rete elettrica della regione. Utilizzando questi dati, hanno sviluppato un portafoglio energetico che soddisfa nel modo più efficace il fabbisogno energetico dell'Africa meridionale per il 2040, scoprendo che l'eolico e il solare sono le opzioni più convenienti della regione. Inoltre, la proposta del loro modello congela efficacemente le emissioni di gas serra ai livelli del 2020, raddoppiando la quantità di elettricità che la rete può produrre. Un'analisi dettagliata appare sulla rivista Joule .
Attualmente, i 315 milioni di persone dell'Africa meridionale utilizzano circa 275 terawattora, più o meno la stessa quantità della California. "Tuttavia, si prevede che l'Africa meridionale raddoppierà la sua domanda di elettricità entro il 2040", ha affermato il co-leader e autore corrispondente Ranjit Deshmukh, un assistente professore nel programma di studi ambientali dell'UCSB. "Lo sviluppo delle eccellenti risorse eoliche, solari e di gas naturale della regione è l'opzione meno costosa per i suoi consumatori e può soddisfare questa domanda senza aumentare le emissioni di carbonio del settore elettrico della regione".
Deshmukh e i suoi colleghi hanno anche scoperto che, nonostante il raddoppio della sua domanda di elettricità, il Southern Africa Power Pool (SAPP) potrebbe non aver bisogno di centrali a carbone, né avrebbe bisogno della metà dei suoi progetti idroelettrici pianificati, entrambi con impatti ambientali potenzialmente enormi .
Per raggiungere queste conclusioni, il team ha utilizzato una serie di modelli che tengono conto di una serie di fattori strutturali, climatici ed economici. Deshmukh e la coautrice Grace Wu, anche lei della UC Santa Barbara, hanno sviluppato uno degli strumenti, chiamato MapRE, nel 2020. "MapRE ci consente di identificare siti adatti per progetti eolici e solari in base alla velocità del vento, alla radiazione solare, alla vicinanza alle linee di trasmissione e infrastrutture stradali e usi del suolo", ha affermato Deshmukh, che guida il Clean Energy Transformation Lab (CETlab) ed è ricercatore associato presso l'Environmental Markets Lab (emLab).
L'autore principale AFM Kamal Chowdhury, un ricercatore post-dottorato nel gruppo di Deshmukh, ha creato un modello idroelettrico chiamato VIC-Res-Southern-Africa. Questo modello stima la produzione mensile di elettricità dalle dighe idroelettriche esistenti e pianificate.
Gli autori hanno preso i dati da MapRE e VIC-Res, nonché dalla capacità di generazione e trasmissione esistente e pianificata, e li hanno inseriti in un modello di pianificazione dell'elettricità chiamato GridPath, che è stato sviluppato da Deshmukh e dalla coautrice Ana Mileva. Questo modello produce un portafoglio energetico consigliato. Sia il modello che i set di dati sono opensource e disponibili pubblicamente.
I risultati sono stati incoraggianti. "Se la tecnologia e i costi del carburante seguiranno le tendenze previste", scrivono gli autori, "è probabile che le tecnologie eoliche e solari domineranno gli investimenti futuri nella generazione di elettricità nell'Africa meridionale, e quindi saranno la principale fonte di elettricità nella regione entro il 2040".
In particolare, il modello suggerisce che l'energia a carbone non sarà competitiva con queste fonti di energia rinnovabile. "L'attuale flotta di centrali a carbone è vecchia e costosa da gestire", ha affermato il coautore Kudakwashe Ndhlukula. "Con una più profonda integrazione regionale, sarebbe comunque antieconomico far funzionare queste centrali elettriche". Ndhlukula è il direttore esecutivo del Southern African Development Community Center for Renewable Energy and Energy Efficiency (SACREEE), un'organizzazione intergovernativa che comprende i 12 paesi del Southern African Power Pool.
Con il sostegno finanziario dei fondi globali per il clima, come il Green Climate Fund, le centrali elettriche a carbone della regione potrebbero persino essere ritirate anticipatamente, hanno osservato gli autori. Il modello prevedeva che l'interruzione delle centrali elettriche con 10 anni di anticipo aumenterebbe i costi dell'elettricità solo del 4% annuo. Ciò potrebbe ridurre ulteriormente le emissioni di gas serra del 22% rispetto ai livelli del 2020.
I ricercatori hanno anche scoperto che l'Africa meridionale richiede molta meno energia idroelettrica del previsto. C'è molta energia idroelettrica aggiuntiva nel piano del pool di alimentazione dell'Africa australe e c'è molto potenziale per sviluppare questa risorsa, ha osservato Deshmukh. "Ma, utilizzando le ipotesi di costo della SAPP per l'energia idroelettrica e gli ultimi costi di stoccaggio di energia eolica, solare e delle batterie, abbiamo scoperto che il nostro modello non ha scelto quasi la metà dei progetti idroelettrici pianificati", ha affermato. "Fondamentalmente, non è conveniente investire in quei progetti."
Il team ha anche eseguito un modello che includeva un obiettivo dell'80% di energia pulita. In base a questo obiettivo, un portafoglio ottimale ridurrebbe della metà le emissioni della regione nel 2020 entro il 2040, aumentando i costi solo di circa il 6%, ovvero $ 3 per megawattora.
Oltre a pianificare come l'Africa australe genererà elettricità, soddisfare in modo efficiente il suo fabbisogno energetico richiederà una cooperazione internazionale. "L'integrazione regionale è fondamentale per sbloccare l'immenso potenziale delle energie rinnovabili per un sistema elettrico competitivo in termini di costi nella regione", ha affermato Ndhlukula.
Saranno fondamentali anche un mercato dell'energia elettrica solido e la capacità di trasmissione per sostenerlo. "Le risorse eoliche e di gas naturale sono distribuite in modo non uniforme nell'Africa meridionale", ha affermato Deshmukh. "Avere un solido sistema di trasmissione aiuterà i paesi a commerciare e trarre vantaggio dalle risorse reciproche."
Fortunatamente, la regione dispone già di un mercato elettrico con linee di trasmissione interconnesse sotto forma di SAPP. "Si tratta di espandere e ridimensionare quel mercato", ha detto Deshmukh. Il modello suggerisce che ciò può essere ottenuto con un moderato aumento dell'infrastruttura di trasmissione.
La SAPP ha 12 paesi continentali, nove dei quali sono fisicamente interconnessi attraverso una rete condivisa al momento. Il collegamento con il Malawi sarà completato entro il 2023 e si prevede di aggiungere i restanti due:Angola e Tanzania.
Questo è il primo di quattro documenti che il team ha prodotto nell'ambito di un progetto più ampio incentrato sul futuro energetico dell'Africa meridionale. Attualmente stanno analizzando i risultati di un'indagine delle parti interessate e dei responsabili politici per comprendere gli ostacoli all'introduzione dell'energia rinnovabile nella regione. E stanno esaminando i possibili impatti sulla biodiversità delle diverse fonti di energia rinnovabile. Infine, il gruppo intende valutare in che modo il cambiamento climatico potrebbe avere un impatto sul settore energetico.
"Questo particolare documento si basa sulle attuali condizioni ambientali", ha detto Deshmukh. "Il prossimo documento includerà le influenze dei cambiamenti climatici". + Esplora ulteriormente
