Transizione energetica negli USA: entro il 2035 il 100% dell’elettricità da rinnovabili. Ecco come

Nel 2012 eolico e fotovoltaico generavano il 3% dell’elettricità USA. Eppure il NREL aveva previsto nel 2050 reti elettriche alimentate all’80% da rinnovabili. Aveva ragione: anzi, si può fare di più

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Transizione energetica negli USA: entro il 2035 il 100% dell’elettricità da rinnovabili. Ecco come

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Oggi è abbastanza facile prevedere la transizione energetica negli USA, con le fonti rinnovabili a comporre la maggioranza se non la totalità o quasi del mix energetico.

Negli Stati Uniti era davvero difficile immaginare dieci anni fa che la rete elettrica sarebbe stata alimentata per l’80% da rinnovabili. Proprio nel 2012, il National Renewable Energy Laboratory fece una previsione: più precisamente, pubblicò uno studio ricco ed elaborato, frutto del lavoro congiunto più di 110 esperti di 35 organizzazioni diverse, finanziato dal Dipartimento dell’Energia, denominato RE Futures. In esso si valutò possibile un sistema elettrico alimentato all’80% da fonti rinnovabili.

Dieci anni dopo, quella previsione è azzeccata. Non solo: risulta quasi “timida” e lo stesso NREL oggi stima possibile entro il 2035 che eolico, fotovoltaico e geotermico potrebbero produrre elettricità sufficiente a soddisfare l’attuale domanda di elettricità degli Stati Uniti, con determinate condizioni.

Transizione energetica negli USA: cosa è cambiato dal 2012 a oggi

Torniamo al 2012. In quell’anno la transizione energetica negli USA era impensabile. L’elettricità prodotta proveniva al 37% dal carbone, riporta l’Energy Information Administration, un altro 30% dal gas e il 19% proveniva dal nucleare.

Le FER insieme – eccetto idroelettrico – raggiungevano il 5%, eolico e fotovoltaico sfioravano il 3%. NREL ricorda che il gas naturale aveva raggiunto prezzi record e quasi 25 GW di impianti a carbone sarebbero andati in pensione nei successivi due anni, ma in quell’anno nessuno avrebbe ritenuto possibile che nel 2050 le rinnovabili del Paese avrebbero potuto fornire, dal punto di vista tecnico ed economico, l’80% dell’elettricità statunitense.

Il centro di ricerca nazionale dedicato alle rinnovabili pubblicò uno studio “profetico”: RE Futures. Oggi è considerata una delle ricerche di maggior impatto del decennio, con più di 75mila download. Tuttavia, alla luce dell’evoluzione tecnologica avvenuta in soli dieci anni, la stima contenuta in quello studio molto avanzato per certi versi, risulta quasi conservativa.

Transizione energetica e rinnovabili negli USA

Gli innovativi risultati di quell’analisi non solo hanno dimostrato che l’80% è possibile, ma anche che ci sono molti percorsi per arrivarci. Per trasformare questo futuro in realtà sarà ora necessaria “una trasformazione totale che coinvolga ogni elemento della rete, dalla pianificazione del sistema al suo funzionamento”, scrivono gli autori dello studio.

Calo dei costi ed energy storage tra i fattori del salto di qualità

Ma quali sono i fattori che hanno portato a rendere possibile uno scenario che rende plausibile la transizione energetica negli USA? I costi, innanzitutto. Lo scenario principale di RE Futures prevedeva che nel 2050 un impianto fotovoltaico utility scale sarebbe costato tra i 2.200 e i 2.700 dollari al kilowatt. Tuttavia, da lì al 2020, il prezzo ha raggiunto i 1000 $/kW.

Si è poi assistito a un calo notevole del prezzo dell’elettricità al dettaglio: nel 2050 lo studio NREL prevedeva 29-60 $/MWh con l’80% di energie rinnovabili. Oggi, a pari condizioni, gli studi stimano prezzi dell’elettricità al dettaglio inferiori a 5 $/MWh.

Un altro fattore importante è l’energy storage. Al momento della pubblicazione di RE Futures, esso equivaleva al 2% della capacità elettrica degli Stati Uniti, quasi tutta costituita da accumulo con pompaggio idroelettrico. Eppure l’analisi del Lab Nazional considerava già importante il contributo che avrebbe avuto lo storage alla flessibilità del sistema elettrico per sostenere la diffusione su larga scala di energia eolica e solare. Lo studio ha stimato che nel 2050 potrebbero esserci 152 GW di capacità di stoccaggio, con la maggior parte delle nuove aggiunte provenienti dallo stoccaggio di energia ad aria compressa e idroelettrico, dato che all’epoca, le batterie agli ioni di litio non erano considerate perché erano molto costose (quasi 1.200 dollari per kWh).

Tuttavia, negli anni successivi i prezzi delle batterie agli ioni di litio sono scesi rapidamente a causa dell’aumento dei veicoli elettrici a batteria, arrivando a circa 130 $/kWh nel 2020.

Ma c’è di più. Lo stesso NREL successivamente ha svolto uno studio il cui risultato più evidente relativo al futuro dell’energy storage è che la sua diffusione ha un forte potenziale di incremento: stima possa raggiungere nel 2050 una capacità almeno cinque volte superiore a quella attuale. Questi livelli di accumulo consentirebbero di integrare almeno l’80% di energie rinnovabili nella rete statunitense.

Con rinnovabili e storage anche la mobilità elettrica è supportata

NREL aveva previsto anche la futura domanda di elettricità per usi finali negli edifici, nei trasporti e nei settori industriali. Solo considerando la mobilità elettrica o ibrida, all’epoca i veicoli elettrici plug-in costituivano meno dello 0,2% dei veicoli in circolazione. Oggi i veicoli elettrici sono entrati nel mercato di massa.

Transizione energetica USA: Con rinnovabili e storage anche la mobilità elettrica è supportata

Il 10% delle nuove auto a livello globale è elettrico, con oltre 1,7 milioni di veicoli sulle strade degli Stati Uniti a partire dal 2020. A metà del 2021, le vendite di veicoli elettrici plug-in hanno superato per la prima volta i 2 milioni. RE Futures aveva previsto che nel 2050 il 40% dei veicoli sarebbe stato elettrico.

Gli stessi analisti del Lab nazionale nel 2020 hanno condotto uno studio dedicato, Electrification Futures Study, per approfondire gli impatti potenziali di un’elettrificazione diffusa in tutti i settori economici USA.

Nello scenario di alta elettrificazione – che ipotizza circa l’86% dei veicoli elettrici nel 2050 – lo studio ha calcolato che il carico elettrico aumenterà del 67% nel 2050 e la capacità installata dovrà raddoppiare. I carichi flessibili derivanti dalla ricarica dei veicoli elettrici e dal funzionamento delle apparecchiature di uso finale negli edifici e nell’industria aiutano la generazione rinnovabile a soddisfare la nuova domanda elettrificata e a ridurre le emissioni annuali.

“Sulla base di RE Futures, lo studio Electrification Futures ha rilevato che tutte le fonti di flessibilità della rete – tra cui la trasmissione e i trasferimenti interregionali di energia, la generazione flessibile, lo stoccaggio e le fonti di flessibilità dal lato della domanda – saranno importanti per gestire in modo efficiente un sistema elettrico con un’elevata elettrificazione e un’alta diffusione delle energie rinnovabili”.

Infrastrutture di trasmissione: agire sulle reti porta valore aggiunto

La transizione energetica in USA e in qualsiasi Paese richiede anche determinate caratteristiche della rete elettrica. Una maggior produzione elettrica da generazione distribuita impone, infatti, che la rete di trasmissione sia in grado di fornire la giusta flessibilità del sistema elettrico. Anche in questo caso RE Futures aveva approfondito la questione arrivando alla conclusione che l’80% di generazione da rinnovabili avrebbe richiesto una trasmissione aggiuntiva per garantire la flessibilità del sistema elettrico.

Ma non si è fermato qui. Il NREL ha approfondito la questione dell’infrastruttura di rete considerando l’integrazione delle fonti rinnovabili nel Nord America e analizzando un maggiore coordinamento del sistema energetico in tutto il Nord America e tra le regioni di ciascun Paese fino al 2050.

Secondo il modello, l’espansione della trasmissione internazionale fornirebbe fino a 30 miliardi di dollari di valore netto al sistema elettrico continentale tra il 2020 e il 2050, aumentando l’affidabilità del sistema elettrico e consentendo lo scambio di carico e di generazione rinnovabile diversificata tra le regioni. Quindi, espandere le reti di trasmissione, oltre che una necessaria, è una strategia capace di apportare un notevole valore economico. Considerando che a livello attuale il 70% delle linee di trasmissione statunitensi ha 25 anni o più o è a pieno regime, la questione posta da RE Futures sulla necessità di espandere la trasmissione è tuttora valida.

Transizione energetica negli USA: “nel 2035 elettricità al 100% da rinnovabili”

Quanto si è visto nell’ultimo decennio in particolare, fa prevedere un futuro ancora più lusinghiero per la transizione energetica negli USA. Se si pensa che nel 2019 il costo del fotovoltaico utility-scale è calato del 80% e l’eolico è diminuito del 40% dall’uscita di RE Futures e che nello stesso anno, per la prima volta, la produzione di energia elettrica statunitense da fonti rinnovabili (23%) ha superato quella da carbone (20%) le cose sono cambiate molto.

Non ci sono però solo i grandi impianti a emergere, ma anche la volontà pubblica e privata di imboccare una direzione energetica green. Un esempio: a fine 2020, più di 260 grandi aziende e 200 città e contee degli Stati Uniti si sono impegnate a soddisfare il 100% del loro fabbisogno di energia elettrica con fonti rinnovabili nei prossimi decenni, tra cui Los Angeles. L’amministrazione cittadina ha annunciato nel 2016 l’obiettivo del 100% di energia pulita entro il 2045.

Oggi, dopo aver lavorato al progetto  LA100 (Los Angeles 100% Renewable Energy), insieme al National Renewable Energy Lab i risultati hanno permesso di stabilire che l’obiettivo di Los Angeles è raggiungibile già nel 2035.

Ma in generale, la visione di RE Futures di un 80% di energia rinnovabile per gli Stati Uniti è più vicina che mai, grazie agli ambiziosi obiettivi federali di riduzione delle emissioni e ai costi sempre più bassi dell’energia da fonti rinnovabili. Tra il 2012 e il 2020, la produzione statunitense di energia eolica, solare e geotermica è aumentata a un tasso di crescita annuale composto del 15%. Mantenendo questa crescita le previsioni sono ancora più rosee. Lo segnala lo stesso NREL:

“Se saremo in grado di superare le sfide future e questo tasso continuerà, entro il 2035 l’eolico, il solare e il geotermico potrebbero produrre elettricità sufficiente a soddisfare l’attuale domanda di elettricità degli Stati Uniti”.

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