Transizione energetica: energia idroelettrica norvegese come ancoraggio di stabilità per la rete elettrica europea

Energia idroelettrica al posto dell'accumulo di pompaggio: come la Norvegia potrebbe stabilizzare la rete elettrica europea

La transizione energetica in Europa si trova ad affrontare sfide significative, ma una risorsa naturale potrebbe svolgere un ruolo chiave per il suo successo: l'energia idroelettrica norvegese. Il Fraunhofer Institute for Energy Economics and Energy System Technology, nell'ambito del progetto collaborativo HydroConnect, ha studiato come questa fonte di energia naturale possa contribuire in modo significativo alla stabilizzazione delle reti elettriche europee, riducendo al contempo drasticamente la necessità di nuove e costose centrali idroelettriche ad accumulo.

La posizione energetica unica della Norvegia in Europa

La Norvegia occupa una posizione eccezionale nel panorama energetico europeo. Con circa il 90% della sua elettricità generata da energia idroelettrica, il paese scandinavo gode di una posizione unica in Europa. Questa cifra impressionante si basa sulla posizione geografica unica del paese, con i suoi fiordi profondi, le montagne scoscese e le inesauribili risorse idriche. Oltre 1.600 centrali idroelettriche sono distribuite in tutto il paese, che, con i suoi 385.000 chilometri quadrati, è solo leggermente più grande della Germania.

La produzione idroelettrica norvegese ha raggiunto il record storico di 157,2 terawattora nel 2024. Questa quantità supera di otto volte la produzione idroelettrica tedesca, sebbene i due Paesi siano comparabili per dimensioni. Ciò che rende queste cifre particolarmente notevoli è il fatto che la Norvegia non solo soddisfa il proprio fabbisogno, ma produce anche notevoli eccedenze per l'esportazione. Il Paese esporta già circa 14 terawattora di elettricità, il che lo rende il maggiore esportatore di elettricità in Europa.

I sistemi idroelettrici norvegesi vantano un'impressionante capacità di stoccaggio in oltre 1.000 bacini, in grado di immagazzinare fino al 70% del consumo annuo di elettricità. Questi impianti di stoccaggio naturali offrono una flessibilità che il resto del mondo ricerca disperatamente, mentre la Norvegia la possiede da decenni.

Le sfide della transizione energetica europea

Per raggiungere l'obiettivo della neutralità climatica entro il 2050, i tassi di espansione dell'energia eolica e fotovoltaica in Europa devono aumentare da quattro a cinque volte rispetto a oggi. Tuttavia, questa enorme trasformazione presenta sfide fondamentali. L'energia eolica e solare producono elettricità in base alle condizioni meteorologiche, non alla domanda. Questa volatilità richiede soluzioni flessibili in grado di reagire rapidamente alle fluttuazioni tra domanda e offerta.

L'imprevedibilità delle energie rinnovabili sta attualmente causando problemi costosi. In Germania, gli indennizzi per le turbine eoliche che hanno dovuto essere fermate a causa del sovraccarico della rete sono costati ai consumatori circa 610 milioni di euro nel 2017. Questa situazione sottolinea l'urgente necessità di meccanismi flessibili di accumulo e bilanciamento nel sistema energetico europeo.

La capacità installata di energia eolica e solare in Europa potrebbe più che triplicare entro il 2050, raggiungendo oltre 1.800 gigawatt. Tuttavia, questa enorme capacità deve essere integrata da adeguati meccanismi di flessibilità per garantire un sistema energetico stabile e affidabile.

HydroConnect: Fondamenti scientifici per il futuro energetico

Il progetto di ricerca internazionale HydroConnect, che coinvolge Fraunhofer IEE, SINTEF Energy Research, l'Università norvegese di scienza e tecnologia e l'Università di Trento, ha studiato sistematicamente come l'energia idroelettrica norvegese possa contribuire alla neutralità climatica europea. I ricercatori hanno analizzato 15 diversi scenari per gli anni 2030 e 2050, utilizzando un database completo di oltre 850 sistemi idroelettrici e più di 3.600 bacini idrici individuali.

I risultati sono impressionanti: l'espansione dell'energia idroelettrica norvegese di soli undici gigawatt, e la corrispondente espansione degli interconnettori, possono ridurre gli investimenti necessari in Europa di circa 70 gigawatt di capacità aggiuntiva per fotovoltaico, elettrolizzatori e accumulo di energia tramite batterie. Queste cifre dimostrano l'enorme valore aggiunto sistemico offerto dalle centrali idroelettriche flessibili e dal loro collegamento ai sistemi europei limitrofi.

Il progetto ha utilizzato sofisticati strumenti di modellazione, in particolare il modello di sistema energetico SCOPE Scenario Development, per analizzare diversi scenari futuri. Questo includeva non solo aspetti tecnici, ma anche una valutazione sistematica delle emissioni di gas serra, dei prezzi dell'elettricità e dell'impatto ambientale sulle acque norvegesi.

Centrali elettriche ad accumulo: il potenziale sottovalutato dell'Europa

Sebbene l'attenzione sia spesso focalizzata sulle nuove tecnologie, l'Europa possiede un enorme potenziale inutilizzato sotto forma di centrali elettriche ad accumulo di pompaggio. Uno studio europeo ha individuato un potenziale impressionante di 2.291 gigawattora presso possibili siti di centrali ad accumulo di pompaggio nei paesi dell'UE-15, nonché in Norvegia e Svizzera. Il potenziale maggiore si trova nella Norvegia meridionale, con 1.242 gigawattora, pari al 54% del potenziale totale.

Questa capacità è sette volte superiore all'attuale capacità di accumulo di energia elettrica in Europa e sarebbe sufficiente a fornire elettricità a Malta per un anno intero. Per raggiungere la stessa capacità di accumulo di energia con batterie agli ioni di litio, sarebbero necessarie 95 milioni di batterie di normali auto elettriche.

Le centrali elettriche ad accumulo con pompaggio stanno vivendo un momento di rinascita, dopo essere state a lungo considerate antieconomiche. Tuttavia, la situazione sta cambiando rapidamente, poiché stanno acquisendo sempre più importanza nella transizione energetica. La tecnologia è semplice ma efficace: l'elettricità in eccesso pompa l'acqua in bacini a quote più elevate; quando necessario, la riversa a valle attraverso le turbine, generando elettricità.

In Austria, ad esempio, il fornitore di energia Verbund sta investendo oltre 200 milioni di euro nella modernizzazione delle sue centrali eoliche ad accumulo e pompaggio nelle Alpi della Carinzia. Gli impianti hanno ora una potenza di 1,5 gigawatt e possono immagazzinare temporaneamente l'elettricità in eccesso prodotta da diverse centinaia di turbine eoliche.

Interconnettori: i ponti elettrici d'Europa

La chiave per sfruttare al meglio l'energia idroelettrica norvegese risiede nei cosiddetti interconnettori, cavi sottomarini ad alte prestazioni che collegano le reti elettriche nazionali. Questi "ponti elettrici" non solo rendono le reti nazionali più sicure, ma rendono anche l'elettricità più economica in Europa.

L'esempio più importante è NordLink, che collega direttamente Germania e Norvegia da aprile 2021. Il cavo sottomarino lungo 623 chilometri può trasmettere fino a 1.400 megawatt, sufficienti ad alimentare oltre 3,6 milioni di famiglie tedesche. I costi di investimento, pari a circa due miliardi di euro, sono ripartiti equamente tra i partner norvegese e tedesco.

Il principio è elegante: quando non c'è vento sulla costa tedesca del Mare del Nord e le turbine eoliche sono inattive, intervengono le centrali idroelettriche norvegesi. Viceversa, se la Germania produce troppa energia eolica, questa fluisce verso la Norvegia, consentendo la temporanea chiusura delle centrali idroelettriche norvegesi. In questo processo, i fiordi norvegesi fungono da "accumulo virtuale".

La Norvegia è già collegata alla rete elettrica europea tramite diversi interconnettori: con i Paesi Bassi tramite NorNed (dal 2008), con la Danimarca tramite diverse connessioni e con il Regno Unito tramite un nuovo cavo. Questa interconnessione consente di sfruttare al meglio la flessibilità dell'energia idroelettrica norvegese per compensare le fluttuazioni dell'energia eolica e solare in altri Paesi.

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La flessibilità come fulcro della transizione energetica

L'energia idroelettrica è la fonte di energia rinnovabile più flessibile. A differenza dell'accumulo a batteria, che può immagazzinare energia solo per brevi periodi, le centrali idroelettriche offrono flessibilità su un ampio spettro temporale, da millisecondi a intere stagioni. Questa caratteristica le rende una componente indispensabile per la stabilità della rete.

L'energia idroelettrica norvegese può rispondere alle fluttuazioni della domanda in pochi minuti. Può esportare elettricità su larga scala quando vento e sole scarseggiano in Europa e, al contrario, importarla quando c'è un surplus. Questa capacità rende la Norvegia un attore chiave in un mercato energetico europeo interconnesso e a impatto climatico zero.

La flessibilità dell'energia idroelettrica va ben oltre la semplice generazione di energia elettrica. Le centrali idroelettriche possono fornire diversi servizi di sistema, tra cui il controllo della frequenza, il controllo della tensione e la compensazione della potenza reattiva. Questi servizi sono essenziali per il funzionamento stabile della rete, soprattutto con la crescente quota di energie rinnovabili volatili.

Dimensioni economiche e politiche

Anche la crescente integrazione dell'energia idroelettrica norvegese nei mercati elettrici europei presenta delle sfide. La popolazione norvegese sta subendo l'aumento dei prezzi dell'elettricità, mentre grandi quantità di elettricità vengono esportate. Questa situazione ha portato a tensioni politiche e ha persino contribuito al crollo del governo norvegese.

Il Partito Euroscettico di Centro e altri partiti criticano il fatto che le famiglie norvegesi debbano pagare prezzi dell'elettricità più alti perché le riserve idroelettriche vengono vendute all'estero. Le normative UE limitano il controllo della Norvegia su queste riserve. Il Ministro delle Finanze norvegese ha persino attribuito la responsabilità del crollo del governo alla politica energetica dell'UE.

Nonostante queste sfide politiche, i benefici economici dell'integrazione rimangono considerevoli. Un'espansione di undici gigawatt di energia idroelettrica e nuovi interconnettori riducono i costi di sistema, uniformano i prezzi dell'elettricità e attenuano i picchi di prezzo durante i periodi di bassa produzione di energia eolica e solare. Le analisi mostrano che l'aumento dell'energia eolica incrementa le esportazioni di elettricità norvegesi e contribuisce a stabilizzare il sistema europeo.

Accumulo di energia virtuale e soluzioni decentralizzate

Oltre alle grandi centrali idroelettriche, anche i sistemi di accumulo di energia virtuali stanno acquisendo importanza. Questi sistemi collegano in rete migliaia di piccole unità di accumulo in un grande sistema intelligente. In Germania, ad esempio, l'azienda Sonnen ha già collegato 25.000 batterie per creare una centrale elettrica virtuale con una capacità di 250 megawattora.

Queste soluzioni decentralizzate si integrano perfettamente con le grandi centrali idroelettriche. Mentre l'energia idroelettrica norvegese garantisce stabilità a lungo termine, le centrali elettriche virtuali possono reagire rapidamente alle fluttuazioni locali e alleviare la pressione sulla rete di distribuzione. La combinazione di energia idroelettrica norvegese centralizzata e soluzioni di accumulo decentralizzate crea un sistema energetico robusto e flessibile.

Impatti ambientali e sostenibilità

L'energia idroelettrica in Europa svolge un ruolo chiave in un sistema energetico sostenibile. Fornisce grandi quantità di elettricità a basse emissioni di carbonio a basso costo e limita la spesa sociale per lo sviluppo di un sistema energetico climaticamente neutro. La Commissione Europea ha esplicitamente confermato l'importanza dell'energia idroelettrica per il Green Deal europeo e ne ha riconosciuto l'indispensabilità come fonte di energia rinnovabile flessibile e programmabile.

I bacini idroelettrici offrono ulteriori vantaggi oltre alla produzione di energia elettrica: garantiscono la disponibilità di acqua per il controllo delle inondazioni, l'irrigazione, l'approvvigionamento idrico e le attività ricreative. Questa multifunzionalità rende l'energia idroelettrica una risorsa particolarmente preziosa in tempi di cambiamenti climatici.

Il progetto HydroConnect ha anche studiato l'impatto ambientale sui bacini idrici e sui sistemi fluviali norvegesi. Questo progetto interdisciplinare combina meteorologia, analisi energetica e ricerca ambientale per collegare dati meteorologici, produzione di energia e fattori ecologici come la formazione di crepe nel ghiaccio nei bacini idrici.

Energia idroelettrica europea: il 47% del potenziale è ancora inutilizzato

Le prospettive per l'energia idroelettrica europea sono promettenti. Il potenziale idroelettrico economico inutilizzato in Europa rappresenta il 47% del potenziale tecnicamente sviluppabile. Soprattutto nelle Alpi, in Scandinavia e nei Pirenei, ci sono ancora notevoli opportunità inutilizzate.

La modernizzazione delle centrali idroelettriche esistenti è considerata uno dei metodi più efficienti per aumentare la produzione di energia elettrica riducendo al minimo l'impatto ambientale. Nuove tecnologie, come le turbine a velocità variabile, rendono le centrali idroelettriche ancora più flessibili ed efficienti.

L'Europa è anche leader nei progetti idroelettrici innovativi. Progetti come ALPHEUS stanno sviluppando dighe circolari offshore che utilizzano l'acqua di mare come mezzo di accumulo di energia. In futuro, queste dighe potrebbero creare una capacità di stoccaggio aggiuntiva equivalente a migliaia di batterie.

La digitalizzazione e l'automazione delle reti elettriche garantiranno una flessibilità ancora maggiore per gli impianti idroelettrici decentralizzati, in particolare a livello di rete di distribuzione. Allo stesso tempo, sistemi intelligenti di passaggio per pesci come la turbina a vite di Archimede HydroConnect garantiranno che l'energia idroelettrica soddisfi anche i requisiti ecologici.

Importanza sistemica per la neutralità climatica

L'energia idroelettrica norvegese continuerà a essere una componente chiave di un sistema energetico europeo a impatto climatico zero. Le analisi del progetto HydroConnect dimostrano chiaramente il valore aggiunto sistemico delle centrali idroelettriche flessibili e la loro connessione ai sistemi europei limitrofi.

La costruzione di poche nuove centrali elettriche ad accumulo può effettivamente rendere superflua l'espansione di capacità di molte volte superiori a quelle di altre tecnologie. Questa intuizione è fondamentale per la politica energetica: invece di affidarsi esclusivamente alle nuove tecnologie, l'Europa dovrebbe utilizzare in modo ottimale e collegare in rete in modo intelligente le sue attuali capacità di accumulo naturale.

La combinazione di energia idroelettrica norvegese, centrali di pompaggio modernizzate e interconnessioni intelligenti crea un sistema energetico stabile e conveniente. Questa infrastruttura costituisce la spina dorsale per l'integrazione efficace delle capacità eoliche e solari in rapida crescita in Europa.

Con pochi investimenti mirati nella messa in rete e nella modernizzazione delle capacità idroelettriche esistenti, l'Europa può compiere un passo decisivo verso la neutralità climatica senza compromettere la sicurezza dell'approvvigionamento o l'accessibilità economica. L'energia idroelettrica norvegese si sta dimostrando l'ancora naturale di stabilità di cui l'Europa ha urgente bisogno per il successo della sua transizione energetica.

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