La naturale variabilità del clima fa sì che i sistemi energetici basati su fonti rinnovabili – come l’energia eolica e solare –  richiedano uno studio delle condizioni metereologiche e una pianificazione a lungo termine. Un nuovo studio dimostra che sono necessari 40 anni di dati meteorologici per pianificare sistemi altamente affidabili.

La strada verso il mondo a emissioni nette zero passa per una solida pianificazione di impianti di energia rinnovabile, compresi il solare e l’eolico. Questi ultimi saranno più affidabili, quanto più saremo in grado di avere una conoscenza dettagliata delle condizioni meteo nel corso dei decenni.

Una nuova ricerca mostra che, per garantire l’affidabilità dei sistemi basati su eolico e solare, ci sia bisogno di una quantità considerevolmente maggiore di dati meteorologici nella pianificazione del sistema rispetto alla prassi attuale e che il numero di anni di dati meteorologici presi in considerazione influenza l’affidabilità nella progettazione di sistemi energetici che dipendono da eolico, solare e stoccaggio dell’energia.

“Abbiamo scoperto che sono necessari quasi 40 anni di dati meteorologici per pianificare sistemi altamente affidabili che non hanno alcuna perdita di carico in 10 anni,” afferma il coautore dello studio e ricercatore del CMCC, Enrico Antonini. “In confronto, questo stesso grado di affidabilità può essere raggiunto con 15 anni di dati meteorologici aggiungendo generazione dispatchable (gas naturale) per soddisfare fino al 5% della domanda di elettricità.”

L’utilizzo di un numero maggiore di anni di dati meteorologici durante la pianificazione dei sistemi basati su solare ed eolico riduce il carico non servito (cioè la domanda non soddisfatta), ma aumenta anche i costi del sistema elettrico, tanto che i benefici marginali della pianificazione con più anni di dati diminuiscono.

Il carico non servito durante l’operazione del sistema per ciascuno scenario studiato (figura a) e il Levelized Cost of Electricity (LCOE) del sistema pianificato (figura b). Fonte: Ruggles et al., 2024

Studi precedenti nel campo della pianificazione a lungo termine, dove sono applicabili i modelli di espansione della capacità, hanno in gran parte trascurato un’analisi su come l’affidabilità migliori con l’ottimizzazione dei modelli su periodi di tempo più lunghi.

Questo nuovo studio invece valuta i compromessi tra costi, capacità degli asset e affidabilità dei sistemi elettrici idealizzati basati su solare ed eolico, nonché il costo incrementale di aumentare l’affidabilità in funzione del numero di anni di dati meteorologici utilizzati nella pianificazione del sistema elettrico.

“Con la transizione verso sistemi energetici decarbonizzati, la crescente dipendenza da energia eolica e solare renderà la generazione di energia più sensibile alle condizioni metereologiche e climatiche,” afferma Antonini. “A differenza delle centrali tradizionali, che forniscono una produzione stabile, le fonti rinnovabili come eolico e solare fluttuano a causa delle mutevoli condizioni meteorologiche. Questa crescente dipendenza dalla variabilità del clima richiede una trasformazione nel modo in cui progettiamo, gestiamo e operiamo le reti elettriche, in particolare facendo maggiore uso dei dati meteorologici per migliorare la resilienza del sistema.”

Ulteriori informazioni:

Tyler H. Ruggles, Edgar Virgüez, Natasha Reich, Jacqueline Dowling, Hannah Bloomfield, Enrico G.A. Antonini, Steven J. Davis, Nathan S. Lewis, Ken Caldeira,

Planning reliable wind- and solar-based electricity systems, Advances in Applied Energy, Volume 15, 2024, 100185, ISSN 2666-7924, https://doi.org/10.1016/j.adapen.2024.100185