La cogenerazione per un approvvigionamento sicuro di elettricità in inverno?

Più energia idroelettrica, molti più impianti fotovoltaici: la Svizzera punta su questo obiettivo per convertire la propria fornitura di energia elettrica alle fonti rinnovabili. Ma il rendimento energetico del solare e dell’eolico è variabile. La Svizzera produce più elettricità rinnovabile in estate che in inverno. 

Uno dei punti centrali della conversione a un sistema energetico a impatto zero sul clima è quindi quello di garantire un approvvigionamento sicuro anche in inverno. Per questo motivo è necessario potenziare l’energia idroelettrica ad accumulazione, l’unica in grado di adeguare rapidamente la sua produzione alla domanda, a condizione che i serbatoi siano sufficientemente pieni. Ma i periodi di siccità degli ultimi anni hanno mostrato chiaramente che dobbiamo fare economia anche con le risorse idriche. 

Strategie per l’approvvigionamento elettrico in inverno

La Confederazione ritiene che un approvvigionamento elettrico al 100% autarchico da fonti rinnovabili, ossia senza il ricorso all’energia nucleare, sia troppo costoso ed economicamente insostenibile. La Svizzera continuerà pertanto a importare elettricità in inverno, mentre il saldo annuale delle importazioni dovrà essere compensato entro il 2050. 

Tuttavia, se un giorno l’intera Europa dovesse trovarsi in una crisi energetica, le importazioni necessarie durante l’inverno non saranno garantite. Oltre alla riserva di energia idroelettrica, la Confederazione punta pertanto (inizialmente fino al 2026) su centrali idroelettriche di riserva che possono essere alimentate a gas o petrolio. 

Queste centrali di riserva non dovranno essere attivate solo in caso di carenza acuta di elettricità, ma anche come misura preventiva per evitare una penuria. La disponibilità di questa elettricità supplementare alleggerisce il carico per l’energia idroelettrica ad accumulazione. Tuttavia, poiché nelle centrali di riserva non viene recuperato il calore disperso, parte dell’energia utilizzata va persa come calore di scarto.

Energia elettrica e calore da un unico impianto

Da qui la proposta di puntare sulla cogenerazione. In adempimento a un postulato del gennaio 2020, se ne è occupato anche il Consiglio federale che ha elaborato una Strategia per i futuri impianti di cogenerazione .

Il vantaggio degli impianti di cogenerazione o CHP, dall’acronimo inglese Combined Heat and Power, è che generano contemporaneamente elettricità e calore con un rendimento complessivo fino al 90%. Il rendimento elettrico dipende dalla tecnologia ed è compreso tra il 10 e il 60%. I sistemi possono essere di piccola o piccolissima taglia. La differenza principale sono i parametri che ne guidano l’operatività: mentre i primi generano principalmente energia elettrica e il calore è un prodotto secondario, i sistemi a microcogenerazione producono principalmente calore generando elettricità come sottoprodotto. 

Gli impianti di cogenerazione sono efficienti quando l’elettricità e il calore vengono utilizzati contemporaneamente o quando il calore può essere immagazzinato per un uso successivo. Tali impianti non sono pertanto adatti come centrali elettriche di riserva da attivare in caso di potenziale penuria di elettricità. Per un funzionamento efficiente, sarebbe necessario immagazzinare il calore oppure spegnere un’altra fonte di calore durante il funzionamento dell’impianto di cogenerazione.

Gli impianti di microcogenerazione sono più efficienti

A causa di questo modello operativo sono più diffusi gli impianti di microgenerazione che entrano in funzione quando è necessario calore. Per questo motivo, hanno perdite di energia inferiori e rendimenti più elevati rispetto ai loro «parenti» più grandi.

Integrati nelle reti termiche, gli impianti di cogenerazione possono servire a coprire i picchi di carico per il calore e immettere contemporaneamente elettricità nella rete. I picchi di carico si raggiungono in inverno, soprattutto nelle giornate molto fredde: in questo caso è elevata sia la domanda di calore che di elettricità. Gli impianti di cogenerazione sono quindi fonti di calore aggiuntive che contribuiscono contemporaneamente a garantire l’approvvigionamento di energia elettrica in inverno.

L’importanza dell’elettricità aumenta

In futuro, nonostante gli aumenti dell’efficienza, sarà probabilmente necessaria più elettricità, ad esempio per le auto elettriche e le pompe di calore. Sia la domanda sia la produzione di energia elettrica saranno soggette a maggiori fluttuazioni rispetto al passato. Dato che gli impianti di cogenerazione possono essere gestiti in modo molto flessibile, potranno svolgere un ruolo importante nel sistema energetico del futuro. In questo contesto, cresce l’importanza delle reti termiche basate sulle energie rinnovabili per la fornitura di calore a basse emissioni di gas serra. Anche l’integrazione settoriale sta acquisendo un’importanza sempre maggiore per poter utilizzare una maggiore quantità di elettricità rinnovabile nei settori dei trasporti (azionamenti elettrici) e del calore (pompe di calore), nonché per immagazzinare l’elettricità prodotta con fonti rinnovabili a rendimento variabile (Batterie e altri accumulatori, Power-to-X). 

Nota dolente: i carburanti clima-neutrali

Nella sua strategia per il futuro della cogenerazione, il Consiglio federale riconosce «che gli impianti di cogenerazione che utilizzano il calore e che sono alimentati con combustibili rinnovabili o a impatto zero sul clima possono dare un contributo complementare importante all’approvvigionamento elettrico nel semestre invernale in quanto integrano la produzione delle centrali idroelettriche ad accumulazione». Il punto critico è la disponibilità di combustibili rinnovabili o sintetici a impatto zero sul clima, perché gli impianti odierni hanno per lo più un motore a combustione interna. Le turbine a gas o a vapore sono utilizzate nelle grandi classi di potenza. 

Per motivi di tutela del clima, in futuro negli impianti di cogenerazione non potranno essere bruciati combustibili fossili, ma solo biogas, idrogeno verde o altri combustibili clima-neutrali. Al momento questi sono, tuttavia, ancora rari e costosi. I processi di cogenerazione non basati su processi di combustione, come le centrali geotermiche, non sono ancora tecnicamente maturi e probabilmente saranno ancora molto costosi nel medio termine. 

Per ora nessun sussidio da parte della Confederazione

Per il Consiglio federale la cogenerazione ha un potenziale, ma il suo potenziamento non è una priorità. Nella sua strategia per il futuro, delinea tuttavia i punti cardine di un modello di promozione, qualora il Parlamento lo desideri. Il Consiglio federale avrebbe fissato un obiettivo di aumento della produzione elettrica di massimo 50 MW all’anno. In questo modo, terrebbe conto del fabbisogno termico previsto per garantire la domanda di calore cogenerato. Verrebbero promossi solo gli impianti di microcogenerazione integrati in una rete di riscaldamento. Sarebbe obbligatorio utilizzare il calore e alimentare gli impianti con combustibili rinnovabili o a impatto zero sul clima. 

Il tema rimane nell’agenda politica: nel febbraio 2023, due consiglieri nazionali hanno presentato una mozione che incarica il Consiglio federale di «inserire nel progetto di legge concernente le centrali di riserva nel quadro della riserva energetica una disposizione per una misura che garantisca l’approvvigionamento di energia elettrica in inverno con impianti di cogenerazione forza-calore». Dovrà inoltre chiarire in quali casi gli impianti vengono gestiti con il calore (microcogenerazione) o con l’elettricità (piccola cogenerazione). 

Anche diverse voci del settore energetico chiedono un rafforzamento della cogenerazione. Oltre al ruolo di jolly nel sistema energetico del futuro, grazie al loro rendimento elevato gli impianti di cogenerazione possono contribuire anche a sfruttare le risorse attualmente disponibili di gas naturale e biogas in modo più efficiente di quanto sia possibile con la produzione separata di elettricità e calore.