Decarbonizzazione e transizione energetica

Nel dicembre 2015, alla conferenza sul clima di Parigi COP21, per la prima volta è stato firmato un accordo internazionale che fissa l’obiettivo di mantenere il riscaldamento globale al di sotto di 2 gradi rispetto ai livelli preindustriali, in particolare limitando questo incremento a 1,5 gradi entro il 2050. Con la conferenza di Parigi, inoltre, gli stati partecipanti sono stati spinti a perseguire politiche nazionali di riduzione delle emissioni di gas serra, unanimemente considerati la causa scatenante dell’innalzamento della temperatura globale. Oggi, tuttavia, anche a seguito del COP26 di Glasgow, emerge che l’impegno messo in campo fino ad ora non è lontanamente sufficiente per il raggiungimento degli obiettivi prefissati, ma che serve dare ulteriore spinta al processo di decarbonizzazione e transizione energetica.

Il settore energetico, essendo tra le principali fonti di emissioni globali di CO₂, detiene la chiave per rispondere alla sfida climatica mondiale. Il raggiungimento dell’obiettivo delle net zero emissions entro il 2050 passa dalla riduzione consistente e graduale nell’utilizzo del carbone, del petrolio e del gas come fonti energetiche. 

In questo senso lo sviluppo dello sfruttamento delle fonti rinnovabili rappresenta un caposaldo della transizione energetica. L’azione globale a favore del processo di transizione energetica ha permesso un rapido sviluppo delle tecnologie rinnovabili, accompagnato da una diminuzione del costo delle stesse che nel decennio 2010-2019 è stato dell’80% per il solare fotovoltaico e del 60% per l’eolico onshore. Il passaggio dalle fonti fossili alle rinnovabili pone tuttavia delle sfide tecniche e d’infrastruttura. Infatti, la produzione di energia oggi è legata ad un modello di generazione programmabile per il quale in base alle esigenze di mercato e su richiesta dei gestori della rete elettrica, i generatori possono essere accesi e regolati per fornire la potenza necessaria a soddisfare la domanda in maniera puntuale. Lo scenario futuro invece è caratterizzato dalla non dispacciabilità intrinseca nelle rinnovabili la cui producibilità energetica, legata alle condizioni atmosferiche, è disallineata rispetto alla domanda dei consumatori. Ciò richiederà enormi aumenti della flessibilità del sistema elettrico, alterazioni della domanda e stress di rete imporranno lo sviluppo d’impianti capaci di anticipare e tollerare le situazioni critiche, affrontandole in tempo reale.

La risposta a queste esigenze passa dal potenziamento efficiente (revamping) delle centrali esistenti alla creazione di sistemi di accumulo di energia o storage, per colmare il disallineamento tra la domanda e l’erogazione di energia intermittente degli impianti rinnovabili, e dallo sviluppo di una rete di peaking power plant, ovvero impianti di generazione alimentati a combustibile, in grado di sopperire alle domande di picco.

In quest’ottica il gas naturale rappresenta l’alternativa più promettente ed efficace come alleato verso la transizione alle rinnovabili. Ad oggi più di un terzo della generazione di energia a livello globale si basa sullo sfruttamento del carbone; con la sostituzione di questa risorsa con il gas naturale si avrebbe un notevole beneficio. Il passaggio da un impianto tradizionale a carbone ad uno a metano porterebbe ad un miglioramento dell’efficienza minimo del 10% e una riduzione della CO₂ prodotta del 50% a parità di energia generata. Guardando al medio periodo, con una produzione di energia sempre più intermittente, il gas sembra rispondere nel modo migliore alle esigenze pratiche, almeno fino a quando la combinazione di fonti rinnovabili (per la generazione) e di batterie (per l’accumulo) sarà abbastanza sviluppata da garantire performance ottimali.

Anche il processo di elettrificazione dei consumi e di alcuni settori produttivi, la digitalizzazione dei processi industriali e delle reti contribuiscono a migliorare l’efficienza energetica e supportare il processo di transizione energetica. La digitalizzazione dell’energia inizia negli stessi impianti di generazione ed interessa anche le centrali esistenti grazie all’introduzione di sensoristica e sistemi di automazione. La raccolta di dati real-time provenienti dai generatori consente di individuare anomalie e di prevedere il verificarsi di problemi che causerebbero danni e inefficienze negli impianti con conseguenti rischi per le reti.

Cogenera è una società di ingegneria che opera in ambito nazionale offrendo al comparto industriale e del terziario soluzioni tecniche volte all’ottimizzazione dei processi energetici ed alla salvaguardia dell’ambiente, con particolare attenzione agli impianti di cogenerazione e trigenerazione. La nostra azienda è consapevole che le proprie attività finalizzate alla promozione e allo sviluppo delle fonti rinnovabili e dell’efficienza energetica possano concorrere al raggiungimento degli obiettivi di lotta ai cambiamenti climatici e alle emissioni in atmosfera.

Il contributo di Cogenera alla decarbonizzazione secondo un processo di transizione energetica si concretizza nel mettere a disposizione il proprio know how per la progettazione ed ingegnerizzazione di:

• Soluzioni per l’efficientamento energetico, tra cui:

• Impianti per la produzione combinata di energia termica ed elettrica con sistemi di cogenerazione e trigenerazione dotati di sistemi di trattamento dei fumi con catalizzatori;
• Impianti di cogenerazione a celle a combustibile (fuel cell) alimentati ad idrogeno;
• Progettazione di centrali di teleriscaldamento con sistemi di telecontrollo;
• Reti efficienti di trasporto fluidi e stoccaggio del calore.

In termini di efficientamento, un impianto di cogenerazione o trigenerazione risponde al meglio alle esigenze delle realtà energivore caratterizzate da elevati consumi di calore ed energia elettrica. L’utilizzo di una singola fonte energetica in un sistema integrato per la produzione combinata di due distinti vettori permette di incrementare l’efficienza di utilizzo del combustibile. Questo si traduce in una riduzione dei consumi, dei costi di generazione, ma anche in un beneficio ambientale grazie al taglio delle emissioni di CO₂ rispetto alla produzione separata di elettricità e calore. La cogenerazione integrata in una centrale di teleriscaldamento risulta essere una delle soluzioni impiantistiche più valide: le reti di teleriscaldamento consentono di razionalizzare la produzione e distribuzione del calore con la possibilità di adattarsi alle variabili condizioni del mercato, infatti il costo del teleriscaldamento è legato a quello del gas naturale che è definito secondo i parametri stabiliti dall’Autorità per l’Energia Elettrica ed il Gas. Una nuova frontiera dell’efficienza energetica è rappresentata dall’introduzione delle celle a combustibile alimentate ad idrogeno nel processo di cogenerazione; questa tecnologia permette di convertire l’energia elettrochimica dell’idrogeno direttamente in energia elettrica e termica, senza il passaggio attraverso un ciclo termodinamico, ottenendo i più elevati rendimenti di conversione. 

• Impianti alimentati a fonti rinnovabili per la produzione di energia termica ed elettrica, tra cui:

• Impianti solari fotovoltaici;
• Impianti per la produzione di energia elettrica fotovoltaica con sistema di accumulo ad idrogeno;
• Pompe di calore con sfruttamento di acqua di falda o recuperi termici industriali;
• Impianti di generazione con ciclo ORC alimentati a biomassa;

Gli interventi proposti sono accomunati dalla caratteristica di poter generare un vettore energetico, che sia calore o elettricità, tramite lo sfruttamento efficiente di una fonte ecosostenibile. Le energie rinnovabili sono reperibili su vaste aree geografiche e molte di esse hanno la peculiarità di essere “energie pulite”, ovvero di non immettere nell’atmosfera sostanze inquinanti o che possono alterare il clima. È evidente che l’utilizzo delle energie rinnovabili permette di evitare uno sfruttamento eccessivo delle risorse naturali fossili. L’integrazione di maggiori quote di tecnologie alimentate a fonti rinnovabili è essenziale per decarbonizzare il settore energetico, pur continuando a soddisfare la crescente domanda di energia che deriva dal processo di elettrificazione. Grazie al calo dei costi tecnologici e alle politiche nazionali negli ultimi anni l’implementazione di sistemi di generazione green si è notevolmente espansa. Inoltre, nuove tecnologie come gli accumuli ad idrogeno permettono di superare la caratteristica variabilità della produzione di energia da rinnovabile. Nello specifico questi sistemi permettono di recuperare l’energia prodotta e non utilizzata all’istante, che quindi andrebbe immessa in rete, per la produzione di idrogeno mediante elettrolisi. L’idrogeno prodotto costituisce quindi una risorsa di combustibile per i momenti in cui si avrà domanda di energia a fronte di una insufficiente produzione da parte della fonte rinnovabile.

• Ingegnerizzazione di reti più flessibili e smart:

• Progettazione di peaking power plant.

Gli impianti di picco alimentati a gas naturale sono centrali elettriche progettate per bilanciare il fabbisogno variabile di energia della rete elettrica e funzionare durante periodi di elevata domanda o carenze di fornitura elettrica. Nel prossimo futuro il crescente passaggio ai sistemi di generazione da fonti rinnovabili comporterà un aumento della variabilità nella fornitura energetica. Questa variazione nell’offerta è propria delle rinnovabili che risentono dell’imprevedibilità delle condizioni metereologiche. La crescente elettrificazione, quindi l’aumento della domanda, ed il processo di transizione energetica comporteranno un cambiamento nella gestione della produzione energetica del futuro nei termini di una maggiore flessibilità. Impianti di produzione di energia elettrica diffusi e modulari possono garantire la necessaria flessibilità grazie all’alta efficienza di generazione e ai bassi costi di accensione. Rappresentano quindi una corretta soluzione per sostenere la futura generazione di reti ad impronta green.