Nuovi scenari per l’energia del futuro stanno prendendo corpo a mano a mano che vengono pubblicate le statistiche riferite all’anno passato sulla produzione e sul consumo di energia elettrica, ridisegnando le previsioni per i prossimi decenni.
Cambiamenti climatici, tensioni geopolitiche e guerre continuano ad essere un’emergenza per il settore energetico e non solo, ma nuovi timori si affacciano a causa dallo sviluppo esponenziale dei prelievi energetici (e di acqua) dovuti alle attività dell’IA con un’impennata dei consumi elettrici necessari ad alimentare i data center, consumi che impattano sulle precedenti previsioni di crescita della domanda globale di energia elettrica nei prossimi anni. Secondo quanto dichiara l’IEA – International Energy Agency, nel suo rapporto “Energy and AI”, il consumo energetico dei data center raddoppierà entro il 2030, ma negli Stati Uniti la crescita potrebbe persino quadruplicare. Riprendendo questi dati, il focus pubblicato sull’argomento dalla Commissione europea indica che il consumo globale dei data center potrebbe incidere fino all’1,5% dei consumi globali, cioè arrivare fino a 415 TWh entro il 2030, di cui 115 TWh nell’Unione europea. Se queste previsioni si avvereranno occorrerà concentrarsi su due aspetti:
1. la concentrazione dei carichi, in quanto potrebbero verificarsi effetti sul sistema elettrico dovuti alla saturazione locale di porzioni di rete con conseguente incremento delle difficoltà per la connessione di nuove utenze o della qualità del servizio elettrico e della continuità della fornitura a causa delle variazioni rapide della potenza prelevata dai data center;
2. l’aumento insufficiente della produzione di energia da fonte rinnovabile, senza cioè incremento delle emissioni climalteranti nell’ambiente. Si tratta di un aspetto fondamentale che include gli approvvigionamenti delle materie critiche essenziali per la transizione energetica, il contenimento dei rifiuti (economia circolare) e i consumi globali d’acqua.
Pertanto, l’aumento dei consumi dovuti all’implementazione delle applicazioni dell’IA dovrà essere coperto con l’incremento della produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili unitamente ad interventi di risparmio energetico e all’ottimizzazione nella gestione delle reti elettriche, attività nelle quali l’IA potrebbe dare il suo contributo.
Per quanto riguarda le fonti rinnovabili, l’analisi dell’IA pubblicata sul “Word Energy Outlook 2025” evidenzia che l’incremento della produzione di energia elettrica riguarderà principalmente le fonti solare ed eolica, seguite dalla fonte idroelettrica e dall’utilizzo delle biomasse rinnovabili. A queste fonti dovranno far seguito nuove tecnologie, tra cui lo stoccaggio di CO2 e le centrali nucleari. In questo caso occorrerà ricorrere a reattori di nuova generazione, come la fusione nucleare (ancora in fase di studio) e la fissione nucleare, categoria a cui appartengono i reattori di IV generazione (in fase sperimentale) e i reattori modulari di piccola dimensione come gli Small Modular Reactors (SMCR) che sfruttano l’attuale tecnologia dei reattori ad acqua (LWR) dei reattori di III generazione e gli Advanced Modular Reactor (AMR), derivati dalle tecnologie dei reattori di IV generazione, come abbiamo recentemente parlato anche nel nostro giornale. Inoltre, a beneficio della continuità della fornitura e della sicurezza del sistema elettrico, occorrerà prevedere un incremento della capacità di accumulo dell’energia prodotta facendo ricorso all’accumulo elettrochimico (sistemi di accumulo). Un discorso a parte merita il contributo del carbone.
Figura 1: Produzione di energia elettrica nel 2035 (fonte IEA)
Figura 2: Capacità produttiva nel periodo 2024-2035 (fonte IEA)
La nuova era elettrica
Storicamente lo sviluppo dell’energia elettrica e la successiva nascita del mercato elettrico si fanno coincidere con la seconda rivoluzione industriale e, in particolar modo, con l’invenzione della Pila di Volta. Come sappiamo, questa invenzione ha dato avvio allo sviluppo delle applicazioni elettriche, tipicamente localizzate e relative a utilizzi in singoli stabilimenti industriali, cui seguirono la diffusione dell’illuminazione elettrica, la nascita delle società elettro-commerciali e delle prime reti elettriche (fine del XIX secolo).
Invece, la fase di elettrificazione del Continente europeo coincide con la ricostruzione post bellica del secondo dopoguerra, mentre la fase che si è aperta in questi anni con la transizione energetica rappresenta il punto di svolta. Come noto, le ragioni di questa rivoluzione riguardano, in primis, la riduzione delle emissioni dei gas climalteranti che stanno accompagnando i cambiamenti climatici con fenomeni sempre più estremi, e si concretizzano con l’intenzione di sostituire i combustibili fossili come fonte principale con le fonti rinnovabili e con il risparmio energetico.
Cosa cambia sul sistema elettrico
Una delle preoccupazioni che accompagnano la transizione energetica riguarda la resilienza del sistema elettrico e la capacità di far fronte all’aumento dei consumi e della produzione di energia elettrica.
Come noto, la valutazione degli impatti sulle reti elettriche della produzione diffusa di energia elettrica da parte degli impianti di produzione di piccola taglia, la cosiddetta generazione distribuita (GD), è stata una delle prime preoccupazioni dei gestori delle reti elettriche e delle authority nazionali.
Dopo una prima fase piuttosto lenta, infatti, anche nel nostro paese si è avuto un effetto dirompente della generazione da fonti rinnovabili. È appena il caso di citare l’effetto positivo che ha accompagnato le campagne di incentivazione europea della fonte solare modificando radicalmente il comportamento delle nostre reti, comportamento consolidato e radicato in una storia centenaria. Il nuovo paradigma delle reti, infatti, ha inciso e modificato anzitutto i flussi energetici sulle reti. Per effetto della generazione distribuita, le reti sono passate da essere monodirezionali, in cui l’energia elettrica seguiva pressoché un unico flusso diretto dalla produzione al consumatore coinvolgendo le reti di alta tensione, media tensione e di bassa tensione, a reti bidirezionali. Fenomeno che ha influenzato il funzionamento del sistema elettrico mostrando fragilità funzionali (scatti intempestivi delle protezioni, fenomeni dell’isola indesiderata) e di sicurezza (variazioni della tensione e della frequenza, blackout più o meno estesi). Non dimenticando gli effetti prodotti dal cambiamento climatico sulle reti noti come ondate di calore e manicotti di ghiaccio. Aspetti che, per quanto riguarda il nostro paese, sono costantemente monitorati da ARERA – Autorità di Regolazione Energia Reti e Ambiente sin dal 2006 (dati 2004) e dalla società TERNA in qualità di TSO – Transmission System Operator, ovvero di responsabile della trasmissione, della gestione e del dispacciamento dell’energia elettrica sulla rete italiana ad alta e altissima tensione. Questo attraverso la modifica delle norme contenute nel Codice di rete italiano che è Codice di trasmissione, dispacciamento, sviluppo e sicurezza della rete, oltre che dai singoli DSO (distributori). La rete ha cioè un ruolo primario nella riuscita al compimento dell’intero processo di transizione.
Dal punto di vista normativo, poi, è stato assegnato al CEI – Comitato Elettrotecnico Italiano il compito di aggiornare le regole tecniche di connessione degli utenti alle reti elettriche (Norma CEI 0-16 e Norma CEI 0-21). Le regole tecniche di connessione non definiscono solo le condizioni necessarie per la connessione degli impianti degli utenti attivi e passivi per le reti di alta, media e bassa tensione, ma contengono anche le norme da rispettare per garantire la sicurezza del sistema elettrico attraverso la definizione dei parametri e dei criteri per la verifica degli impianti di produzione.
Per quanto riguarda gli impianti elettrici, accanto alle prescrizioni contenute nella Norma CEI EN IEC 61936-1 per gli Impianti elettrici con tensione superiore a 1 kV in c.a. e 1,5 kV in c.c., per gli impianti di bassa tensione occorre rispettare le prescrizioni aggiuntive contenute nella Norma CEI 64-8. Completano il panorama normativo le prescrizioni specifiche per gli impianti di produzione. Nel caso degli impianti fotovoltaici, ad esempio, la Guida CEI 82-25 che fornisce le informazioni per la progettazione, realizzazione e gestione dei sistemi di generazione fotovoltaica, e la Norma CEI PAS 82-93 che fornisce indicazioni riguardanti le caratteristiche degli impianti agrivoltaici.
Tendenza in… controtendenza
Avevamo lasciato in sospeso il discorso del carbone. Sì, perché nonostante la firma dei protocolli internazionali abbia favorito la nascita di politiche per contrastare gli effetti dei cambiamenti climatici, limiti che in Europa sono stati recepiti nel Green Deal europeo “che stabilisce misure e norme volte a ridurre drasticamente le emissioni e a trasformare la sua economia affinché diventi climaticamente neutra entro il 2050”. La transizione energetica inoltre – lo dicevamo all’inizio – deve affrontare tensioni geopolitiche e guerre legate all’approvvigionamento delle materie prime critiche. Non solo. Fra le contraddizioni di questo periodo occorre registrare anche la tutela dei produttori di fonti fossili che inevitabilmente potrebbe vanificare il rispetto degli accordi di Parigi. Non solo. Questo potrebbe comportare il raddoppio delle emissioni nel lungo periodo arrivando, come dichiarato dall’istituto di ricerca statunitense Bloomberger nel “New Energy Outlook 2025” a un incremento delle emissioni fino ad oltre i 50 milioni di tonnellate nel 2050.
Un esempio in questa direzione è rappresentato dall’incremento del ricorso al carbone. Il rapporto “Cool 2025 – Analysis and forecast to 2030” dell’IEA afferma che nell’anno appena concluso i consumi di carbone sono cresciuti dello 0,5%. Nonostante la notizia allarmante, si tratta comunque del primo rallentamento nella crescita dei consumi di carbone per la produzione di energia elettrica. I migliori risultati si registrano in Cina, in India e in Europa, dove alcuni stati hanno già completato la fase di phase-out nell’utilizzo del carbone nella generazione di energia elettrica. In controtendenza con questa dinamica ci sono, però, gli USA.
Ma perché negli ultimi anni si è incrementato il consumo di carbone della produzione di energia elettrica visto che si tratta di un combustibile fortemente indiziato dell’incremento delle emissione di gas climalteranti causa degli effetti sul clima? I motivi sono principalmente due:
- l’innalzamento del costo del metano innescato con l’invasione russa dell’Ucraina;
- l’aumento della domanda di energia elettrica dovuto ai consumi nell’industria, nel terziario, nel domestico e nei trasporti, e all’incremento nel ricorso alle pompe di calore per la climatizzazione e la produzione di acqua calda, all’uso dei piani di cottura ad induzione e all’incremento dei consumi dei data center.
Oltre a questi aspetti di natura economica ci sono anche ragioni politiche, come nel caso delle politiche messe in atto dall’amministrazione statunitense al fine di proteggere un comparto fortemente in crisi e a quelle espansionistiche per garantirsi l’approvvigionamento delle terre rare.
Figura 3: andamento dei consumi di carbone nel periodo 2000-2030.
Al di là di questi ostacoli, però, una cosa è chiara: il futuro energetico dalla rivoluzione green è tracciato e la transizione energetica è inevitabile.
Per fare questo è necessario, pertanto, che la crescita dei consumi, la rilocazione della produzione, l’elettrificazione dei consumi (compresa quelli relativi alla mobilità elettrica) e i nuovi mix per la fornitura di energia comprenda anche l’evoluzione della rete elettrica. Quindi, accanto a nuovi materiali, sensoristica e utilizzo dell’IA, ai servizi per i clienti, per rendere la rete resiliente occorre puntare sull’incremento dei sistemi di accumulo e sull’utilizzo delle tecnologie legate all’elettronica di potenza come, inverter grid-connected. Nei prossimi anni occorrerà investire nell’automazione della rete e nell’utilizzo di applicazioni di IA tenendo conto anche della vulnerabilità dei componenti di rete ai cambiamenti climatici.
In gioco c’è un ecosistema integrato dove l’elettricità rappresenta la strada per raggiungere obiettivi come lo sviluppo democratico e il benessere delle persone, in un mondo pulito, sicuro e collaborativo. Non resta che lavorare in questa direzione per realizzare insieme questa rivoluzione.
(articolo di Antonello Greco)
