Accesso all’energia, nuovi modelli di mini grid

L’evoluzione tecnologica presenta oggi alcune opportunità nel poter ragionare in modo integrato, concentrandosi non sull’elettricità fine a sé stessa, ma sulle esigenze reali del cliente

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via depositphotos.com

di Riccardo Ridolfi e Andrea Micangeli 

L’accesso all’energia e le innovazioni tra impresa, università e società civile

(Rinnovabili.it) – Il settimo degli obiettivi di sviluppo sostenibile (SDG7) tratta l’accesso universale all’energia. Ad oggi in Africa oltre 600 milioni di persone non hanno alcun accesso all’elettricità, rappresentando circa la metà del problema su scala mondiale. Inoltre, stando alle attuali stime d’investimento nel settore per i prossimi 10 anni, contro la forte pressione demografica, l’Africa resta l’unico continente al mondo dove il numero di persone senza energia rischia di crescere entro il 2030. 

Nonostante gli sforzi dell’ultimo decennio, la pandemia di Covid-19 ci ha ricordato che resilienza ed autonomia sono punti fondamentali per lo sviluppo socioeconomico, il quale e’ inottenibile senza accesso ad energia ed altri servizi. È quindi essenziale riflettere su modelli innovativi per cambiare traiettoria, ed accelerare l’accesso all’energia. 

I partenariati sono cruciali per vincere questa sfida, tra aziende ed entità governative, ma anche con università e società civile. 

Negli ultimi dieci anni vari gruppi di studi hanno svolto iniziative e progetti innovativi di sistemi energetici, esplorando vantaggi reciproci nell’ambito di partenariati. Tra questi si nota il “Field Studies for Mini Grid Optimization” (FS4MGO), il quale ha dato il via ad un’intensa collaborazione tra ricercatori di Sapienza, MIT-Boston, State University of New York, le università di Perugia e Pisa e, in Africa, con le università Makerere (Uganda) e Strathmore (Kenya). Anche alcune aziende hanno aderito a questa iniziativa, tra le quali in prima fila c’è Equatorial Power. 

FS4MGO, coordinata dal Prof. Andrea Micangeli, sta dando l’opportunità agli studenti, e ai colleghi italiani, di continuare una serie di attività scientifiche interamente dedicate alla ottimizzazione delle mini grid, basati sull’interpretazione di dati reali da avanzati modelli econometrici, che aiutano a sviluppare maggiore efficienza progettuale.

Evoluzione di modelli

L’accesso all’energia in Africa viene effettuato in tre modi: (1) estensione della rete nazionale, (2) creazione di reti indipendenti (“mini grid”) e (3) tramite dei micro sistemi solari installati sui tetti di case e capanne (“solar home systems”). 

Questi ultimi, sicuramente più modulari e non soggetti a regolamentazione, offrono un modo semplice e veloce per avere accesso ai primi elettroni. Tuttavia, il costo unitario di questi ultimi resta relativamente alto e data la loro piccola taglia, non offrono all’utilizzatore il reale potenziale dell’energia, ovvero la capacità produttiva. Pertanto, nonostante restino una soluzione ideale per case isolate, non vengono spesso considerati come soluzione a lungo termine. 

L’estensione della rete nazionale, per lo più finanziata dalla banca mondiale ed altri donatori, resta il vettore principale per l’accesso all’energia sul continente, considerando pero le enormi distanze ed il costo infrastrutturale legato alla creazione di reticolazioni di dimensioni ingenti, ad oggi la soluzione si presenta limitata. 

Con l’evoluzione di tecnologie rinnovabili, l’elettrificazione distribuita, tramite mini grid, rappresenta sempre più una soluzione ideale a medio e lungo termine in molte geografie

Inizialmente il modello di sviluppo delle mini grid non comprendeva altro che la realizzazione di un impianto di generazione di piccola taglia (di media 20kW), con pannelli fotovoltaici ed accumulo, supportato da generatori al diesel. Questo era necessario per servire al dettaglio piccole comunità rurali dal consumo elettrico molto basso; quindi al fine di rientrare con i costi, ogni operatore era costretto ad applicare tariffe elevate (oltre 1 Euro / kWh), che a sua volta impedivano la crescita della domanda. In dieci anni di sviluppo di questo modello, non vi è alcun esempio positivo di viabilità economica degli operatori. 

L’evoluzione tecnologica presenta oggi alcune opportunità, non solo a livello di riduzione dei prezzi delle celle fotovoltaiche o dell’accumulo al litio – che comunque aiuta – ma piuttosto nel poter ragionare in modo integrato, concentrandosi non sull’elettricità fine a sé stessa, ma sulle esigenze reali del cliente. Invero, agli abitanti delle comunità rurali africane serve molto più della “mera energia”, bensì serve loro ciò che l’energia può permettere di fare – ad esempio potabilizzazione dell’acqua, creazione di una catena del freddo, processamento agricolo e mobilità. 

La “mini grid 2.0” 

In linea con la ricerca svolta dai premi Nobel 2019 per l’economia Duflo e Banerjee del MIT, Equatorial Power, insieme ad alcuni ricercatori universitari del gruppo di ricerca FS4MGO, ha iniziato a sviluppare modelli integrati più olistici, andando oltre l’elettrone e verso un servizio che corrisponda maggiormente alla moltitudine di esigenze delle comunità rurali loro clienti. 

Nel modello proposto da Equatorial Power, oltre all’erogazione di energia sostenibile, si offre alla comunità anche acqua potabile, ghiaccio per preservare alimenti e servizi di processamento agricolo, ponendo così le basi per la creazione di una utility multi-servizi.

Questo modus operandi permette di creare un maggiore impatto socio-economico, facendo fronte alle svariate esigenze delle comunità servite e rispondendo altresì a domande energetiche più elevata, riducendo al contempo il rischio mercato dell’operatore. Così facendo è  possibile costruire siti con più generazione, producendo – e vendendo – più elettricità e quindi migliorando anche il profilo economico dell’investimento dirigendosi così verso un modello di reale crescita sostenibile.  

Si sta muovendo nella stessa direzione il gruppo di ricerca FS4MGO all’interno del programma “Grand Challenges Scholars Program” della National Academy of Engineering di Washington, il quale sta inoltre studiando l’introduzione della mobilità elettrica come ulteriore polo di consumo, nonché di risparmio, per la comunità sia in Africa che in Europa. 

Come test di integrazione, con il supporto della Shell Foundation e dell’università Amherst del Massachusetts, Equatorial Power sta sostituendo motori convenzionali con motori elettrici; ad esempio sono stati forniti dei motocicli elettrici e sono stati installati motori fuoribordo elettrici per barche di pescatori, nei siti lacustri di sviluppati dalla società in Uganda e Repubblica Democratica del Congo.

La “minigrid 2.0” si presenta quindi con la seguente configurazione (rappresentata nel diagramma che segue): la fornitura, da un lato, con generazione rinnovabile ed accumulo; e dall’altro lato la domanda, composta da tre poli: (1) i contatori intelligenti per case e piccole imprese, (2) l’hub agro-industriale, con servizi per purificazione dell’acqua, ghiaccio ed agro-processamento; e (3) la mobilità elettrica, composta da colonnine di ricarica per motocicli e barche elettriche. 

Tutto ciò si completa con tecnologia interattiva per l’operatore, con software per la previsione ed il bilanciamento dei carichi e monitoraggio da remoto. 

Tale integrazione tecnologica di poli di consumo bidirezionali permette altresì di sfruttare tecnologie quali demand response ed intelligenza artificiale per l’ottimizzazione della curva dei carichi e maggiore correlazione tra fornitura e domanda. Questo permette maggiore efficienza a livello di design del sizing del sistema e della stessa tariffa energetica, per un modello avanzato da replicare in scala.

Il modello di sviluppo “minigrids 2.0” rende partecipe il cliente quale attore della comunità energetica, interfacciandosi con la utility per una moltitudine di servizi erogati localmente. Tuttavia, ogni micro rete non è altro che un’estensione fisica del modello multi-utility distribuito che società come Equatorial Power stanno sviluppando, creando una vera e propria comunità energetica digitale nella quale ogni cliente ha accesso allo stesso modo ad una varietà di servizi, che non solo si estende geograficamente oltre il villaggio stesso, ma anche oltre i confini nazionali.

Oltre la micro rete

La tecnologia continua ad evolversi verso modelli interattivi, con costi e benefici sempre più conducibili a questa tipologia di servizio. Si prevede pertanto un futuro integrato anche per l’accesso all’energia. Oltre “l’indipendenza” della mini grid, l’interessamento diventa proprio l’eventuale interconnessione con le stesse monopoliste di stato. 

Per la prima volta nel settore si presentano efficienze, ad ora largamente inesplorate, in futuri partenariati tra le utilities nazionali in mercati emergenti ed attori privati, che siano startup innovative o multinazionali strategiche lungimiranti. 

È significativo sottolineare quanto la pandemia causata dal Covid-19 abbia esposto le fondamentali falle dei tradizionali modelli di business, spingendo la collettività internazionale ad apprezzare più che mai l’importanza fondamentale della resilienza e, di conseguenza, del cambiamento climatico e del sostegno a comunità più fragili. Invero, abbiamo assistito ad impegni di riduzione del CO2 presi da molti stati precedentemente restii agli obbiettivi globali comuni, tra cui la Cina e gli Stati Uniti. Tali impegni politici e l’avvento di forti stimoli economici improntati largamente attorno alla c.d. Green Economy, presentano un’ottima opportunità per fare leva sugli innovativi modelli di business summenzionati per accelerare la transizione tecnologica e l’accesso universale ad energia sostenibile. 

Prossimi sviluppi

Oltre ai citati progetti in Uganda e Congo, il gruppo di studio si sta dedicando ad altre attività, tra cui la “Ventotene Energy Community Island” che è un accordo di ricerca e sviluppo approvato dal Sindaco di Ventotene in Italia, per studiare il fotovoltaico e scambi bidirezionali di energia rinnovabile all’interno della locale Mini Rete. Questi ed altri progetti verranno trattati e discussi in pubblicazioni future.

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