Perché un’anatra può rappresentare una minaccia per la produzione di energia solare?

Il caso della California

Con l’aumento della capacità solare in California, gli operatori di rete presso il California Independent System Operator (CAISO) hanno osservato un calo del carico netto (o della domanda rimanente dopo aver sottratto la generazione rinnovabile variabile) a metà giornata. Se rappresentato graficamente per una giornata tipica, il modello creato dal calo di mezzogiorno nella curva del carico netto, seguito da un forte aumento la sera quando la generazione solare diminuisce, assomiglia al profilo di un’anatra, quindi questo modello è spesso chiamato ad “anatra”. Mentre la capacità solare in California continua a crescere, il calo di mezzogiorno del carico netto sta diminuendo, presentando sfide per gli operatori di rete.

La Solar Duck Curve

Cos’è la Solar Duck Curve e perché … un’anatra può rappresentare una minaccia per il sistema elettrico? La curva ad anatra è un grafico della produzione di energia nel corso di una giornata che mostra lo squilibrio temporale tra la domanda di picco e la generazione di energia solare. Utilizzato nella generazione di elettricità su larga scala, il termine è stato coniato nel 2012 in California, ma il ragionamento può essere esteso anche all’Italia.

Negli ultimi 4 anni in Italia, complice la stagnazione dei consumi elettrici e grazie allo sviluppo delle rinnovabili, stiamo assistendo ad un progressiva riduzione del residual load, ovvero (semplificando) il carico elettrico al netto della generazione da fonti rinnovabili non programmabili. Come si vede dalla figura seguente il profilo orario del residual load è radicalmente cambiato dal 2019 ad oggi, evidenziando un consistente calo soprattutto nelle ore diurne (minimo)

A mano a mano che la capacità solare cresce, le curve ad anatra si fanno sempre più profonde in California

Gli operatori di rete bilanciano costantemente la produzione di elettricità con la domanda di elettricità in una regione. La domanda è più bassa durante la notte, quando la maggior parte dei consumatori dorme e quando molte attività sono chiuse. La domanda inizia a salire al mattino quando le persone si svegliano e iniziano le attività. La domanda rimane elevata durante tutta la giornata, aumenta leggermente la sera quando le persone tornano a casa dal lavoro e aumenta il consumo di elettricità residenziale, per poi calare nuovamente in tarda serata.

A differenza delle centrali elettriche convenzionali (ad esempio centrali nucleari, a carbone e a gas naturale), le risorse solari ed eoliche non possono essere distribuite completamente a piacimento per soddisfare la domanda e le utility potrebbero doverle ridurre per proteggere le operazioni della rete . L’energia solare viene generata solo durante le ore diurne, con un picco a mezzogiorno quando il sole è più forte e cala al tramonto. A mano a mano che aumenta la capacità solare, le centrali elettriche convenzionali vengono utilizzate meno spesso durante le ore centrali della giornata e la curva ad anatra si approfondisce.

Due sfide legate all’adozione di energia solare

La curva ad anatra presenta due sfide legate all’aumento dell’adozione di energia solare. La prima sfida è lo stress della rete. L’estrema oscillazione della domanda di elettricità dalle centrali elettriche convenzionali da mezzogiorno a tarda sera, quando la domanda di energia è ancora elevata ma la generazione solare è diminuita, significa che le centrali elettriche convenzionali (come le centrali alimentate a gas naturale) devono aumentare rapidamente la produzione di elettricità per soddisfare la domanda dei consumatori. Questa rapida crescita rende più difficile per gli operatori di rete far corrispondere l’offerta di rete (l’energia che stanno generando) con la domanda di rete in tempo reale. Inoltre, se viene prodotta più energia solare di quella che la rete può utilizzare, gli operatori potrebbero dover ridurre l’energia solare per evitare la sovragenerazione.

L’altra sfida è economica. La dinamica della curva ad anatra può sfidare l’economia tradizionale delle centrali elettriche distribuibili perché i fattori che contribuiscono alla curva riducono la quantità di tempo di funzionamento di una centrale elettrica convenzionale, il che si traduce in minori entrate energetiche. Se i ricavi ridotti rendono gli impianti antieconomici da mantenere, gli impianti possono andare in pensione senza una sostituzione distribuibile. Un’elettricità meno distribuibile rende più difficile per i gestori della rete bilanciare l’offerta e la domanda di elettricità in un sistema con ampie oscillazioni della domanda netta.

La curva ad anatra, tuttavia, ha creato opportunità per lo stoccaggio di energia. L’impiego su larga scala di sistemi di accumulo di energia, come le batterie, consente di immagazzinare e risparmiare parte dell’energia solare generata durante il giorno per dopo, dopo il tramonto. Memorizzare un po’ di generazione solare a mezzogiorno appiattisce la curva dell’anatra, e inviare la generazione solare immagazzinata alla sera accorcia il collo dell’anatra. Lo stoccaggio in batterie è la soluzione adottata in California; è passato da 0,2 gigawatt (GW) nel 2018 a 4,9 GW ad aprile 2023. Gli operatori prevedono di costruire altri 4,5 GW di capacità di accumulo entro la fine dell’anno.

La curva ad anatra non si presenta solo in California. Si sta verificando sempre più in altre parti degli Stati Uniti e in tutto il mondo in luoghi in cui la quota di generazione solare è in aumento rispetto alla generazione da fonti convenzionali.