Il panorama energetico in Europa sta attraversando una transizione senza precedenti. Raggiungere una società sostenibile a emissioni zero richiede profondi cambiamenti al sistema energetico. Ciò riguarda la Norvegia e i paesi vicini.
Anche se la Norvegia ha una quota sostanziale di energia rinnovabile per quanto riguarda la nostra produzione di elettricità, a causa di fattori come le ottime condizioni per l’energia idroelettrica, circa la metà del consumo energetico complessivo del paese è di origine fossile.
Decarbonizzare questa metà del consumo di energia e contemporaneamente facilitare la crescita sostenibile in Norvegia sono sfide chiave per il futuro.
Impianti eolici offshore – foto illustrativa. Credito immagine: Nicholas Doherty tramite Unsplash, licenza gratuita
L’aumento del consumo di energia elettrica richiede una maggiore produzione di energia
Dato il previsto aumento del consumo di energia elettrica, è necessario un aumento della produzione di energia per evitare un bilancio energetico negativo. Questo aumento può provenire da fonti onshore o offshore.
Il Mare del Nord ha il potenziale per produrre grandi quantità di energia eolica. Esaminando il sistema energetico complessivo in Norvegia e in altri paesi che circondano il Mare del Nord, è possibile mappare e quantificare gli effetti dello sfruttamento di questo potenziale.
La portata delle attuali ambizioni per 30 GW di licenze eoliche offshore assegnate in Norvegia entro il 2040 è alla pari con l’attuale capacità di produzione dell’intera energia idroelettrica norvegese. L’introduzione di quantità così elevate di potenza intermittente deve essere considerata in modo olistico al fine di evitare conflitti e soluzioni non ottimali.
Ad esempio, ci sono diversi fattori da considerare per quanto riguarda il posizionamento degli impianti di produzione, come considerazioni climatiche, effetti sull’ambiente locale e sulla biodiversità, problemi di utilizzo del suolo, considerazioni sul potenziale di generazione e considerazioni sui costi.
Anche la potenza generata deve essere trasportata ai punti di consumo in modo efficiente, e valgono le stesse considerazioni.
Il layout potenziale dei parchi eolici offshore per il Mare del Nord sta cambiando rapidamente e l’aspetto di questo sistema in futuro è incerto. La modellazione del sistema energetico può aiutare a identificare le strategie desiderate e chiarire e quantificare le conseguenze delle scelte riguardanti il tipo di produzione di energia, i luoghi, le tecnologie di bilanciamento e altri aspetti rilevanti.
Possibili aree di parchi eolici offshore per il Mare del Nord. Credito immagine: SINTEF
Modellazione degli effetti dell’introduzione dell’energia eolica offshore nella rete
Nell’ambito di il progetto Ocean Grid Researchabbiamo utilizzato il modello di sistema energetico GENeSYS-MOD per studiare gli effetti dell’introduzione nella rete di quantità variabili di energia dall’energia eolica offshore.
GENeSYS-MOD è un modello di espansione della capacità che riduce al minimo i costi complessivi del sistema in termini sia di costi di investimento che di costi operativi. Ci consente di simulare la produzione di energia e le capacità di trasporto al fine di soddisfare le richieste di energia degli utenti finali.
Il modello ottimizza le combinazioni di tecnologie di produzione, tecnologie di trasporto dell’energia e tecnologie di stoccaggio al fine di raggiungere un sistema a costi ottimali.
Il modello parte da un anno iniziale (nel nostro caso, il 2018) e investe in capacità nelle tecnologie ottimali con incrementi di cinque anni verso il 2050. Questo ci consente di monitorare lo sviluppo del sistema energetico in questo lasso di tempo.
Devono essere fatte varie ipotesi riguardo ai costi di investimento e operativi per le diverse tecnologie. Possono anche essere eseguiti studi di sensibilità per verificare la sensibilità dei risultati rispetto alle variazioni delle ipotesi.
Possiamo anche identificare i punti critici nei costi tecnologici, che possono influire sull’adozione e l’implementazione di determinate tecnologie.
Inoltre, il modello utilizza i dati meteorologici per considerare una produzione realistica di energia rinnovabile da fonti come l’eolico e il solare. Ci sono notevoli variazioni in alcuni di questi parametri di anno in anno, e anche questo può essere studiato per verificare la robustezza dell’ottimizzazione rispetto a queste variazioni.
Gli scenari energetici complessivi sono stati presi da il progetto openEntrance. Il consumo totale di energia dell’utente finale per le varie zone di offerta in Norvegia può essere visto nell’immagine qui sotto.
Mentre il consumo energetico complessivo dell’utente finale diminuisce, il grado di elettrificazione aumenta. Ciò si traduce in un aumento complessivo del consumo di elettricità in Norvegia.
Questo calo simultaneo del consumo energetico complessivo, combinato con un aumento del consumo di energia elettrica, è dovuto principalmente al maggiore grado di efficienza nell’utilizzo di energia elettrificata, a sanzioni più elevate in termini di emissioni di carbonio e all’ipotesi che il consumo di energia diminuirà a causa di una maggiore consapevolezza e azione da parte di regolamenti e politiche , società e progressi tecnologici.
Consumo energetico totale dell’utente finale per la Norvegia, compreso il grado di elettrificazione. Credito immagine: SINTEF
Risultati preliminari
Di recente, i risultati preliminari di questo progetto sono stati presentati alla conferenza sul mercato energetico europeo 2023 a Lappeenranta, in Finlandia.
In questo lavoro, abbiamo confrontato la produzione di energia eolica offshore situata in ciascuna zona della Norvegia (caso disaggregato) con l’avere tutta la produzione offshore in un nodo collegato alla Norvegia meridionale (NO2) con un’espansione forzata della capacità in questa zona offshore (caso aggregato).
Si tratta di uno studio preliminare che sarà ulteriormente sviluppato con una distribuzione più realistica dell’eolico offshore e un’ulteriore disaggregazione delle aree circostanti. Tuttavia, i risultati forniscono ancora una panoramica degli effetti dell’introduzione di quantità così elevate di energia eolica offshore nel sistema energetico norvegese.
L’introduzione di grandi quantità di capacità eoliche offshore influenzerà le capacità installate nel resto della Norvegia.
Le linee tratteggiate nei sei grafici seguenti indicano il caso disaggregato, in cui la produzione offshore è distribuita nelle cinque zone della Norvegia e non vi è alcuna espansione forzata della capacità offshore. La parte a linea intera del grafico indica l’espansione della capacità per il caso aggregato, con impianti eolici offshore forzati collegati a NO2.
I risultati mostrano che l’installazione di capacità fotovoltaica (FV) è notevolmente ridotta e anche l’installazione di energia eolica onshore è notevolmente ridotta. Sia per i casi disaggregati che per quelli aggregati, quel poco di generazione di energia fossile rimasta nel sistema viene gradualmente eliminato.
L’energia idroelettrica è ancora una parte importante del mix energetico, ma il limitato potenziale di espansione fornito dal modello ne limita la crescita. L’immagine mostra anche in quale zona della Norvegia gli effetti saranno più evidenti.
Capacità produttive installate per varie tecnologie per i due casi studiati. Credito immagine: SINTEF
È importante notare che questi risultati derivano da un modello di minimizzazione dei costi e che le espansioni di capacità delineate rappresentano le opzioni economicamente più favorevoli. La realizzazione di questi scenari richiederà di considerare tutti i fattori menzionati nell’introduzione, nonché procedure di autorizzazione basate su processi politici.
Il modello GENeSYS-MOD ci permette anche di studiare le rotte commerciali e in particolare le espansioni della rete di trasmissione. L’introduzione di tutta la produzione eolica offshore nell’area di prezzo NO2 si traduce naturalmente in un sostanziale aumento delle esportazioni di energia da questa zona.
Nei risultati dei modelli, la maggior parte delle esportazioni dalla zona viene esportata anche dalla Norvegia e importata in Germania. Ciò avviene sia attraverso l’esportazione diretta in Germania, sia attraverso l’esportazione indiretta attraverso Danimarca e Paesi Bassi. Aumentano anche le esportazioni verso il Regno Unito. In questo caso sono comunque comprese le linee North Connect.
Risultati preliminari per quanto riguarda i cambiamenti nel commercio di energia all’interno della Norvegia e l’import/export dalla Norvegia. Credito immagine: SINTEF
Ulteriori simulazioni da condurre
Come notato sopra, questi risultati sono preliminari e le simulazioni saranno ulteriormente migliorate nel progetto.
Verrà stabilita una distribuzione più realistica delle ubicazioni eoliche offshore, sarà condotta una revisione dei limiti della rete di trasmissione e saranno eseguiti studi di sensibilità rispetto alle ipotesi di costo per le diverse tecnologie.
Inoltre, verrà studiata la stocasticità in termini di generazione di energia idroelettrica e altre tecnologie di produzione di energia legate alle condizioni meteorologiche.
Scritto da Christian Andersen, Dana Reulein (NTNU), Shweta Tiwari (SINTEF Energy Research), Birk Hestvik (NTNU), Aleksander Kvannli (NTNU), Dimitri Pinel (SINTEF Energy Research) e Hossein Farahmand (NTNU)
Fonte: Sintef
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
