Seconda Parte

L’AUTO ELETTRICA
E IL PROGETTO “OPTUM”:
LUCI E OMBRE
DELLA NUOVA MOBILITÀ
Anna De Ioris
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EIDOS
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2012
(SECONDA PARTE, SEGUE DA EIDOS 1-2012)
i stima che nel 2030 la mobilità elettrica determini un fabbisogno di energia elettrica supplementare pari a 11 TWh, corrispondente a
circa il 2% del consumo corrente totale di energia
elettrica del Paese. Nel valutare il potenziale dei veicoli elettrici per ridurre l’impatto ambientale, il fattore chiave è il momento del giorno in cui vengono
caricati. I consumi di corrente per trazione dipendono dall’energia prodotta da differenti fonti di
emissioni di CO2 connesse alla produzione di energia elettrica.
L’analisi della domanda di elettricità, secondo i diversi momenti della giornata, dimostra che se molti
veicoli elettrici si ricaricano allo stesso tempo - per
esempio la sera dopo l’ultimo spostamento del
giorno - questo può causare sfavorevoli picchi addizionali nei momenti in cui la domanda è già elevata.
Per questa ragione, i ricercatori dell’Oeko-Institut
(vedi Eidos n.1) ritengono necessaria la gestione del
carico o load management (LM) per monitorare il caricamento delle batterie. Al fine di evitare picchi di
domanda elevata, la gestione del carico può spostare
la ricarica della batteria in momenti della giornata
più convenienti: quando la domanda di elettricità è
più bassa oppure quando la produzione di energia
elettrica da eolico (ad esempio) è più elevata.
«La gestione del carico garantisce l’integrazione dei
veicoli elettrici nel mercato dell’energia e la gestione
dell’eccedenza di energia da eolico e da solare in alcune situazioni», spiega Charlotte Loreck, ricercatore
dell’istituto tedesco che aggiunge: «Il fattore decisivo
per la compatibilità ambientale è che la capacità addizionale dell’energia da rinnovabili sia stabilita».
Quindi, appurato che a seconda del momento della
giornata esiste una situazione di domanda-offerta diversa per la ricarica, vengono chiamati in ausilio altri
impianti per coprire il consumo supplementare. La
struttura temporale della domanda, dunque, è cruciale per l’uso della centrale di produzione di energia
elettrica. Per analizzare l’impatto ambientale causato
dai veicoli elettrici l’Oeko-Institut ha indirizzato lo
studio verso due scenari. Il primo considerando la
presenza di mobilità elettrica e un secondo scenario
senza mobilità elettrica al 2020 e al 2030. Lo scenario
con mobilità elettrica considera anche l’introduzione
“con gestione del carico” e “senza gestione del carico”.
Inoltre, nel caso di mobilità elettrica senza ulteriore
energia rinnovabile la generazione supplementare di
energia elettrica nell’anno 2020 consiste principalmente nell’ulteriore aggiunta di carbone nell’anno
2020 e nel 2030 la generazione di energia elettrica
supplementare è dominata dal carbone e dal gas naturale. L’analisi dimostra che senza gestione del carico
per effetto del caricamento simultaneo di molti veicoli
si verificano picchi di carico elevati e, quindi, per soddisfare la domanda di energia si ricorre all’uso di riserve più costose o anche alle importazioni di
elettricità (vedi figura 6, in rosso). Per evitare il picco
di tale domanda, è necessaria una gestione ottimizzata
del carico che in un sistema di reti integrate intelligenti - Smart Grid - può essere risolta.
La gestione del carico consente di avere un basso costo
di produzione di energia in surplus. In uno scenario
senza gestione del carico (LM) l’introduzione dei vei-
S
SMART CITY
Figura 5. Uso della centrale elettrica in una risoluzione oraria per una
settimana selezionata di ottobre nell'anno 2030, extra - scenario mobilità
elettrica senza gestione del carico.
Fonte: Berechnungen OPTUM
Figura 6.
Uso della centrale elettrica in una risoluzione oraria per una settimana
selezionata di ottobre dell’anno 2030, extra - mobilità elettrica con
gestione del carico.
Fonte: Berechnungen OPTUM
coli elettrici nel parco auto determina così un aumento della produzione
di elettricità supplementare in particolare nelle centrali a carbone (vedi
arancione nelle aree contrassegnate nelle figure 5 e 6). L’energia rinnovabile è ovviamente a un prezzo migliore ma, così come attualmente
sono stati predisposti gli impianti, la quota da RES (Renewable Energy
Sources) è già impiegata per soddisfare la domanda di energia elettrica
al di fuori dello scenario senza mobilità elettrica. Così come l’energia
da nucleare fino al 2020. Stimando una crescente realizzazione delle
Smart Grid, la gestione del carico aumenterà così come crescerà la quota
di energia elettrica rinnovabile - dal 5% al 19% all’anno 2030 - che
potrà essere gestita. Se aumenta la gestione del carico aumenta anche la
quota di rinnovabile, ammesso che ci sia un surplus utilizzabile, come
anche le emissioni di CO2 aumentano con l’aumentare di produzione
di energia elettrica da centrali convenzionali nello scenario senza gestione del carico ed energia da RES. Ed è il fattore di emissione, in
quest’ultimo scenario, a “guidare la corrente” perché il quantitativo di
emissioni si stima sia poco meno di 900 g/kWh nel gennaio 2020 e
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Figura 7: Le emissioni di CO2 della flotta auto senza
mobilità elettrica e nello scenario della mobilità elettrica
con l’opzioni di generazione di alimentazione differente.
Fonte: Berechnungen OPTUM
circa 700 g/kWh nel 2030, ben al di sopra del fattore di emissione medio della produzione totale di energia elettrica con 520
g/kWh nel 2020 e 490 g / kWh nel gennaio 2030. L’ulteriore
utilizzo dei veicoli elettrici fa aumentare l’intensità di emissione
media.
La corrente di trazione è rinnovabile in tutte le varianti con
gestione di carico e con immissione di energia rinnovabile in
quanto la produzione di energia pulita viene destinata alla sostituzione di porzioni di energia da fonti convenzionali per diminuire l’emissione del quantitativo di CO2 in atmosfera, ma
anche per essere trasformata in corrente di trazione. Quindi, i
surplus di energia vengono catturati con la gestione del carico
ma, per non far aumentare la quota del fattore di emissione,
la differenza di rinnovabile da produrre deve essere necessariamente uguale al consumo da veicoli elettrici. Infatti, la mobilità elettrica con una domanda di energia annuale di circa 11
TWh è ancora relativamente bassa nel 2030 rispetto al consumo totale di energia netta di 593 TWh. Pertanto, dal punto
di vista del sistema energetico, il contributo dell’elettromobilità
in combinazione con la gestione del carico per l’integrazione
delle energie rinnovabili, nel tempo considerato, può essere gestito sinergicamente.
La quantità di elettricità supplementare prodotta da fonti rinnovabili in un anno deve corrispondere alla quantità di elettricità
utilizzata dai veicoli elettrici. Tuttavia, questo non significa che i
veicoli elettrici debbano essere alimentati direttamente con elettricità da fonti energetiche rinnovabili. «Le batterie del veicolo
verranno caricate quando l’energia eolica è bassa», dice Loreck,
«ma l’ulteriore energia rinnovabile sostituisce generazione di energia convenzionale in altre ore del giorno. Quello che è importante
in termini di emissioni di CO2 è la produzione aggiuntiva di
energia rinnovabile in generale».
Risultati dell’equilibrio di CO2
nel contesto della flotta
automobilistica tedesca
Gli effetti della mobilità elettrica nel contesto totale delle automobili tedesche CO2 scaturiscono da un’analisi dello sviluppo
del mercato della mobilità elettrica che prende in considerazione il futuro sviluppo dell’efficienza delle autovetture entro
il 2030, valutando l’intensità di carbonio emesso dall’approvvigionamento energetico sia nel caso di carburanti convenzionali, sia nel caso di veicoli elettrici. La base del corrispettivo è
il confronto tra uno sviluppo del parco auto senza mobilità elet38
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trica e lo scenario di mobilità elettrica che include veicoli ibridi
plug-in ed elettrici a batteria che sostituiscono gradualmente le
autovetture più convenzionali, diesel e benzina.
Nello scenario della mobilità elettrica, che prevede la sostituzione di automobili convenzionali nei rispettivi segmenti con
circa 537.000 veicoli elettrici (64.000 BEV / 473.000 PHEV)
nel 2020 e circa 5,8 milioni di veicoli (BEV 780.000 /
5.080.000 PHEV) nel 2030, si considerano due opzioni nella
valutazione dell’impatto ambientale della CO2 totale dello
stock di auto.
Oltre allo scenario senza mobilità elettrica è considerato anche
l’effetto dello scenario di mobilità elettrica con due varianti: il
caso in cui è prevista un’ulteriore espansione delle energie rinnovabili (ad esempio del vento) e quello in cui, pur considerando uno sviluppo della flotta auto elettrica, non si prevede
una corrispondente estensione d’impianti di energia rinnovabile. In questo contesto va detto ancora che l’intensità di CO2
di unità corrente stimata si riferisce rispettivamente alla generazione di energia elettrica supplementare per i veicoli elettrici
e rappresenta non le emissioni medie totali di energia elettrica
ma quelle relative al caso specifico in esame.
Come mostra il risultato del calcolo delle emissioni illustrato
nella figura 8, la mobilità elettrica avvalendosi della generazione
di energia rinnovabile contribuisce alla riduzione della CO2
solo nel caso in cui contestualmente si ottiene un’ulteriore
espansione della capacità produttiva da RES. Senza ulteriore
generazione di energia pulita aumenta il totale delle emissioni
CO2 superando le emissioni che si generano nello scenario di
riferimento senza mobilità elettrica.
Senza espansione ulteriore di energia rinnovabile, le emissioni
totali nell’anno 2030 aumenterebbero di 3,1 milioni di tonnellate di CO2 corrispondenti a 3,6%. Nel caso di un’ulteriore
espansione dei sistemi di energia rinnovabile, le emissioni totali
della flotta auto, a fronte di una maggiore immissione dei veicoli elettrici sul mercato, farebbero risparmiare 0,6 milioni di
tonnellate di CO2 al 2020 e 5,2 milioni di tonnellate CO2 al
2030. Questo significa una riduzione delle emissioni di CO2
della flotta auto in Germania dello 0,6% rispetto a uno scenario
senza veicoli elettrici nel 2020 e del 6,0% nel 2030.
Dall’analisi effettuata si possono trarre, quindi, le seguenti
conclusioni:
• la gestione del carico è fondamentalmente utile per evitare
picchi di carico del sistema;
• la gestione del carico aumenta la quota di energia rinnovabile nella corrente di trazione, se ci sono delle eccedenze di
energia rinnovabile utilizzabili, finora non integrabili;
• senza investimenti aggiuntivi in energie rinnovabili e in gestione di carico, aumenta non solo la quota di energia rinnovabile nella corrente di trazione, ma anche il fattore di
emissione CO2 da energia elettrica proveniente dalle centrali elettriche convenzionali;
lo
sviluppo di capacità aggiuntiva rinnovabile è un fattore
•
centrale per i benefici del clima, di pari passo con l’aumento
dei veicoli elettrici: l’espansione delle energie rinnovabili e
l’applicazione della gestione del carico di “trazione”, inoltre,
rispetto allo scenario di base è completamente rinnovabile.
I fattori di emissione di CO2 derivanti da produzione di
energia elettrica supplementare sono prossimi allo zero.
Il contributo della mobilità elettrica deve essere sviluppato con
l’integrazione delle energie rinnovabili. Inoltre, la mobilità elettrica deve essere considerata in combinazione anche con un
comportamento intelligente del consumatore e con un ampliamento della rete elettrica.