Considerazioni dell ingegnere Giorgio Prinzi

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1 Considerazioni dell ingegnere Giorgio Prinzi Segretario del Comitato Italiano per il Rilancio del Nucleare sulla questione dell accumulo nella gestione del sistema elettrico La caratteristica peculiare dell energia elettrica è che non può venire conservata ed immagazzinata in quanto tale nella sua forma specifica, senza venire preventivamente trasformata in altra forma di energia e, successivamente, ritrasformata in forma elettrica. Ne consegue che il sistema elettrico è un sistema rigido, vincolato al costante equilibrio in tempo reale tra energia erogata dai generatori ed assorbimenti agli utilizzatori. Tanta energia elettrica viene erogata, altrettanta ne deve venire assorbita. E viceversa. In passato questi equilibri venivano soddisfatti dalla flessibilità regolatrice degli impianti di generazione, in grado di fare fronte in tempo reale alle variazioni di carico in rete. Il problema si pose per la prima volta in forma diversa con il diffondersi dell elettrogenerazione da fonte nucleare, i cui impianti si caratterizzano per una certa isteresi nel decremento di potenza e, soprattutto, per la ridotta incidenza del fattore costo del combustibile sel costo finale del chilowattora. Il miglior modo per utilizzare le potenzialità di una centrale di generazione elettrica da fonte nucleare è quella di farla lavorare, a parte le programmate fermate per manutenzione e sostituzione degli elementi di combustibile, senza soluzione di continuità alla massima potenza di erogazione in quanto più chilowattora si producono tanto minore è l incidenza su di essi dell ammortamento degli impianti, il cui costo iniziale è la voce preponderante nel costo finale dell energia elettrica prodotta, che comprende peraltro - è importante ribadirlo - gli accantonamenti per fine vita dell impianto, la sua dismissione e lo stoccaggio finale delle scorie in appositi depositi. Proprio l incidenza bassa del costo del combustibile nucleare sul costo finale del chilowattora prodotto ha indotto a scegliere come sistema indiretto di immagazzinamento dell elettricità prodotta in eccesso alla domanda da fonte nucleare la soluzione dell accumulo idraulico, che risponde allo schema di una installazione in grado di fungere sia da stazione di pompaggio in quota sia da stazione di generazione da fonte idraulica, quando l acqua pompata in quota viene fatta defluire a valle azionando una turbina idraulica asservita ad un generatore elettrico.

2 Questa stazione con doppia funzione di pompaggio idraulico e di generazione idraulica è in genere realizzata in caverna tra due bacini, uno a valle ed uno a monte. La resa media in termini di energia elettrica ai morsetti del ciclo pompaggio idraulico ed accumulo, nuova generazione elettrica da fonte idraulica accumulata è di circa il 70%. In Italia sono stati realizzati 22 impianti di questo tipo (15 al Nord e 7 a Sud e nelle isole, nessuno nel Centro) per oltre megawatt di potenza efficiente installata. Il problema si è riproposto in una prospettiva diversa con il diffondersi degli impianti di elettrogenerazione da fonti cosiddette rinnovabili, in particolare eolico e solare fotovoltaico, fortemente caratterizzate da non programmabilità, variabilità e fluttuazione di potenza in tempi ristretti. Al contrario del nucleare il chilowattora elettrico generato da tali fonti è intrinsecamente costoso, tanto che esse si sono affermate e si reggono grazie a significativi sostegni finanziari, detti incentivi, che gravano in bolletta sull utente finale facendo lievitare il costo finale dell energia elettrica che ha raggiunto in Italia valori non sostenibili rispetto alla media europea e e del costo medio in Paesi a noi concorrenti. Gli effetti negativi maggiori nelle isole ed in particolare in Sardegna, in quanto la Sicilia li ammortizza in parte grazie all elettrodotto sullo Stretto di Messina. Comunque in entrambe le isole sono entrate in crisi le aziende più energivore, quali Alcoa in Sardegna e Fiat di Termini Imerese in Sicilia. L orientamento prospettato per Italia, soprattutto come scelta di Terna, si evince da una intervista ( ilasciata da Francesco Del Pizzo Amministratore Delegato di Terna Plus, società appartenente al Gruppo Terna, che parla di accumulo elettrochimico a mezzo di capannoni di stoccaggio costituiti da complessi di batterie; a tal fine secondo quanto riferisce Antonio Negri di Ricerca Sistema Energetico, RSE, in un documento che reca la data Milano 14 dicembre 2011,

3 Terna avrebbe allora da poco bandito una gara europea per la fornitura di un sistema di batterie da 130 MW con capacità di 800 MWh ed autonomia di sei ore. Da un documento Terna dell 11 febbraio 2011 ( intitolato Piano Strategico apprendiamo che Terna ha programmato di investire in grandi progetti in attività non tradizionali che riteniamo essere i grandi capannoni di stoccaggio a batterie «1 miliardo di euro dei 6 complessivi previsti dal Piano Strategico , infatti, sono destinati ai nuovi progetti per lo sviluppo di sistemi e tecnologie per la sicurezza del sistema elettrico». Analizziamo questa scelta inizialmente solo sotto il profilo tecnico, facendo riferimento a dati il più possibili ufficiali al fine di evitare contestazioni pregiudiziali. Secondo RSE l efficienza di resa tale genere di accumulatori sotto il profilo della resa energetica rappresenterebbero una scelta ottima e condivisibile, anche se l incremento di costi del chilowattora reso dopo l accumulo finirebbe, sempre secondo dati di fonte Ricerca Sistema Elettrico, fortemente incrementato. L incremento di costo nella più penalizzante delle ipotesi per il solo ammortamento di impianto risulterebbe di 67 centesimi di euro al chilowattora, contro un incentivo di 11,3 centesimi di euro al chilowattora corrisposti per ogni chilowattora immesso in rete da impianti fotovoltaici compresi tra i 1000 ed i 5000 chilowatt come previsto dal Quinto Conto Energia in relazione al secondo semestre del Il solo costo di accumulo in questa particolare penalizzante ipotesi sarebbe pari a circa sei volte superiore all incentivo alla sua produzione, nettamente superiore a questo fattore sei qualora venissero portati in conto anche i costi di gestione e di manutenzione dei capannoni di accumulo e quelli eventuali per la realizzazione del sito ed il suo collegamento in rete.

4 Sotto questo aspetto quanto al riguardo pianificato non rispetterebbe, tra l altro, le Direttive europee in materia, tema che tralasciamo per fare riferimento solo all aspetto tecnico e non a quello normativo, al quale faremo riferimento con brevi cenni in chiusura di queste considerazioni. Vediamo con un calcolo estremamente semplificato e per nulla analitico, ma efficace per fare comprendere il reale aspetto della questione a quanto ammonterebbe il costo finale del chilowattora fotovoltaico dopo l accumulo. Aumenterebbe di poco sotto il profilo della resa teorica in quanto (11,3 : 0,95 = 11,89) quindi si avrebbe per tale voce un incremento teorico di soli 6 millesimi di euro, ai quali però, come apprendiamo dalla già citata tabella di Ricerca Sistema Elettrico, dovrebbero sommarsi 67 centesimi di euro ogni chilowattora per ciclo di lavoro come mero ammortamento del costo iniziale di impianto, senza quindi tenere conto - lo ripetiamo - dei costi di gestione e di manutenzione ordinaria e straordinaria. I costi a causa dell accumulo aumenterebbero pertanto di almeno circa una settantina di centesimi al chilowattora, con un costo pessimistico per l utente intorno all euro al chilowattora da fotovoltaico con accumulo. Di quanto salirebbe a regime il già non più tollerabile costo del chilowattora in Italia? Gradiremmo al riguardo una risposta da tutti i responsabili di settore, dai tecnici proponenti sino a livello di esponenti di Governo. Facciamo altresì presente che gli importi degli incentivi relativi ai precedenti conti energia, per chi volesse effettuare propri calcoli a riguardo reperibili su internet, sono considerevolmente più onerosi di quelli del conto energia2013, da noi preso a riferimento.

5 Peggio, con l accumulo si creerebbe una ineguaglianza di oneri a carico dell utente a causa dell enorme disparità di trattamento tra chi consumerebbe direttamente l energia fotovoltaica prodotta remunerata nel secondo semestre 2013 in relazione alla stessa tipologia di impianto solo 3,1 centesimi al chilowattora, quindi con un minore utile di 8,2 al chilowattora rispetto a chi la scarica sul groppone della rete che, qualora provvedesse al suo accumulo dovrebbe sopportare gli oneri che abbiamo visto. In tabella un quadro sinottico sulle caratteristiche delle diverse tipologie di accumulatori Tipologia Energia specifica [Wh/kg] Densità energetica [Wh/L] Potenza specifica [W/kg] Vita Costo [$/kwh] Piombo-acido ad alta energia cicli profondi Piombo-acido ad alta potenza cicli Ni-MeH ad alta energia > 1000 cicli profondi Ni-MeH ad alta potenza cicli Li-Io ad alta energia cicli profondi 700 Li-Io ad alta potenza cicli Batterie Zebra Ni-Cd cicli profondi 1500 cicli profondi Questo senza portare in conto i costi monetari e quelli indotti di impatto ambientale e, non ultimi, i costi di smaltimento degli accumulatori esausti che non sono certo scorie di minore impatto di quelle nucleari, ma che, al contrario, avendo emivita infinita, se non adeguatamente trattate e smaltite, sarebbero una potenziale minaccia ambientale chimica e/o tossica per l eternità. Volendo fare riferimento ad un approccio più analitico, che poi fornisce valori non molto dissimili di quelli da noi calcolati a spanne, in letteratura abbiamo trovato un documento di Michele Benini di Ricerca Sistema Energetico datato Milano 14 dicembre 2011, probabilmente illustrato nello stesso evento del sopra citato lavoro di Antonio Neri. Richiamiamo l attenzione del lettore sul fatto che Benini ipotizza per un costo fisso dell energia in ingresso per l accumulo di 45 euro a megawattora, paria 4,5 centesimi di euro a chilowattora, mentre il costo pagato per impianti fotovoltaici di potenza tra i 1000 ed i 5000 chilowatt è per il secondo semestre del 2013, come previsto dal Quinto Conto Energia, di 113 euro al megawattora, con costi incentivati d acquisto notevolmente più elevati in relazione ai precedenti conti energia. Michele Benini assume per tutti i tipi di accumulo dati omogenei secondo un criterio definito Levelized Unit Electricit Cost, in acronimo LUEC, che rappresenta il prezzo a cui occorre vendere l energia generata da ciascun sistema di accumulo per coprire tutti i costi relativi alla costruzione ed all esercizio dell impianto (oneri finanziari e tasse inclusi) ed ottenere un determinato ritorno sul capitale proprio investito. Nella tabella a seguire i dati assunti per il calcolo.

6 Inoltre, sempre a fine della confrontabilità, si è assunto un periodo di funzionamento alla massima potenza per 4 ore equivalenti al giorno, con un funzionamento non superiore alle sei ore equivalenti al giorno ritenute più adatte a fare profitto sulla varianza dei prezzi. Con questi dati di progetto il prezzo minimo remunerativo di vendita del chilowattora in relazione alle diverse tipologie di accumulatori, ipotizzato un prezzo d acquisto eguale per tutte di 45 euro a megawattora, risulta essere quello della tabella seguente. Si richiama l attenzione che la sola differenza di prezzo di acquisto, i 45 euro a megawattora, portato in computo da Benini comporta una differenza di 68 euro a megawattora con il prezzo incentivato pagato per l equivalente da fotovoltaico secondo il conto energia I Luec divengono allora, partendo dalla colonna di sinistra, rispettivamente 188, 189, 210, 457, 501, 671, 771, 900 euro a megawattora, quest ultimo dato non molto distante dal nostro sino a quasi un euro al chilowattora valutato con un approccio non analitico, ma immediato e di facile comprensione per la ormai classica casalinga di Voghera, magari forse più sensibile ed attenta a queste problematiche, se ovviamente spiegate alla sua portata, di quanto appaiano le varie competenze al riguardo, a cominciare dal legislatore che ha espressamente previsto, forse superficialmente senza valutare gli aspetti reali della questione, che il gestore di rete possa realizzare impianti di accumulo a batterie. Ma l aspetto economico e degli oneri per gli utenti finali è solo uno dei fattori da tenere in conto per un approccio scientifico e razionale, non preconcetto ed ideologico all analisi delle tematiche e dei problemi sui quali occorre prendere una decisione con un dibattito imperniato su dati oggettivi commensurabili e non per posizioni ideologiche o convinzioni preconcette. La domanda che si pone ora è se sia possibile valutare con approccio scientifico l impatto ambientale delle diverse tipologie di accumulo. Al sistema di pompaggio ed accumulo che caratterizzava il vecchio scenario elettrico da fonte nucleare si sono aggiunte nuove tipologie identificabili come elettrochimiche, elettriche e meccaniche. Nel grafico successivo i campi di

7 applicazione delle diverse tipologie con in ascissa le potenze ed in ordinata le autonomie espresse in ore. Nella tipologia degli accumulatori elettrochimici, alla quale appartengono i classici e storici accumulatori al piombo, inquinanti e con non ottimali caratteristiche di carica e scarica, si sono affiancati tipologie di accumulatori che utilizzano altri elementi chimici o loro sali, quali ad esempio litio e vanadio. Altre tipologie sono gli accumulatori di tipo meccanico-fisico che immagazzinano sotto forma di energia potenziale gravitazionale o di pressione, pompando acqua in bacini idroelettrici, comprimendo aria in strutture geologiche sotterranee indicati come CAES, acronimo di compressed air energy storage. Si tratta di sistemi relativamente economici, robusti e di soddisfacente efficienza, tuttavia realizzabili solo in siti adatti. A questi vanno aggiunti i cosiddetti volani, dispositivi che accumulano energia nella forma cinetica di una massa posta in rotazione attorno ad un asse in genere verticale. Tralasciamo di illustrare altre tipologie in quanto di scarso interesse per questo genere di applicazioni. Di interesse invece l approccio di Charles Barnhart, ingegnere energista presso la Stanford University, che ha pubblicato sulla rivista Energy & Environmental Science. un suo studio che gli ha consentito di definire un parametro in grado di descrivere la convenienza economica e ambientale dei vari sistemi di accumulo. L indicatore, denominato EROEI (Energy Returned On Energy Invested), è stato elaborato considerando l energia accumulata nell'intera vita dell impianto moltiplicata per l efficienza nel ciclo di accumulo/rilascio, diviso per l energia impiegata per la costruzione e installazione dell impianto. In questa prima elaborazione Barnhart ha limitato l analisi ai pompaggi idroelettrici, all'aria compressa (CAES) e a cinque tipi di batterie: al litio, al sodio-zolfo, allo zinco-bromo, al vanadio (flusso di elettrolita) e agli storici accumulatori al piombo, realizzando la sintesi grafica che riportiamo sotto.

8 Il grafico mette comunque in evidenza, proprio per quello che riguarda la presente trattazione, la bassa sostenibilità dei sistemi elettrochimici in quanto, anche se con spettro relativamente ampio, che assegna un esoi pari a 10 agli accumulatori a litio ioni e un esoi pari a 2 alle batterie al piombo, che sta ad indicare che le batterie al piombo riescono ad accumulare nel corso della loro vita operativa solo il doppio dell energia spesa per costruirle, che le classifica inadatte a questo tipo di utilizzo. Prima di passare alla trattazione ed all analisi degli aspetti normativi che regolano la produzione e il trasporto dell energia elettrica in Italia, una nota di passaggio ibrida sulla legge nazionale che regola lo smaltimento delle batterie e degli accumulatori. La materia è regolata dal Decreto Legislativo 20 novembre 2008, n. 188 "Attuazione della direttiva 2006/66/CE concernente pile, accumulatori e relativi rifiuti e che abroga la direttiva 91/157/CEE" pubblicato nella Gazzetta Ufficiale n. 283 del 3 dicembre Suppl. Ordinario n Il decreto è importante proprio per la tutela e la salvaguardia dell ambiente. È scaricabile nel testo integrale da internet alla pagina web Con la stesura di questa memoria auspichiamo di avere messo a disposizione dei vari decisori e degli operatori dell informazione un documento esauriente, che fa riferimento a dati reperiti in letteratura qualificata ed affidabile. Ovviamente si fa affidamento sulla apertura mentale dei destinatari e sulla loro effettiva disponibilità a documentarsi e farsi divulgatori e promotori di scelte razionali e non preconcette. Queste considerazioni sono applicabili a campi diversi dal sistema elettrico, quali ad esempio la trazione veicolare ibrida o la trazione veicolare elettrica con sistema di colonnine di ricarica.