Per quale motivo in Svizzera c’è penuria di energia elettrica nei mesi invernali?
Soltanto 25 anni fa, nessuno parlava del fatto che un giorno la Svizzera non avrebbe più avuto sufficiente energia elettrica prodotta internamente e avrebbe dovuto ricorrere all’importazione. Negli ultimi vent’anni però le cose sono cambiate. «Nel settore della costruzione si punta sempre di più sulle pompe di calore per riscaldare gli immobili, la popolazione aumenta e, in generale, il consumo di energia elettrica va crescendo», spiega Jörg Jermann, responsabile Gruppi di cogenerazione forza-calore presso Avesco. Nel settore della costruzione, le pompe di calore sono impiegate per riscaldare appartamenti, uffici, negozi e industrie. Sono molto più efficienti e, così a prima vista, anche meno inquinanti dei riscaldamenti a olio o a gas. C’è però un «ma». Per funzionare le pompe di calore hanno bisogno di energia elettrica. E ora, con il gran numero di nuove pompe di calore impiegate, succede che, a seconda dei periodi, la domanda di elettricità superi ormai l’offerta. In autunno, inverno e primavera capita infatti che l’energia elettrica prodotta in Svizzera ormai non basti più a coprire il fabbisogno. Qui si aggiunge il fatto che gli impianti fotovoltaici che generano una parte dell’energia elettrica, nei mesi invernali forniscono molta meno elettricità, e più precisamente solo un settimo di quella prodotta in estate. Già nel mese di gennaio i bacini di accumulazione sono pieni soltanto per metà, in primavera sono quindi in grado di fornire decisamente meno energia. È proprio per colmare questa penuria di energia elettrica che la Svizzera, nei mesi più freddi dell’anno, è costretta a importare elettricità prodotta ad esempio in Germania dalle centrali a carbone, dalle centrali nucleari e dalle centrali a gas. Nel mese di dicembre del 2020, la quota di energia, generata con forti emissioni di C02, corrispondeva al 72% della quantità complessiva di energia elettrica prodotta in Germania.
In che modo si può risparmiare impiegando le centrali di CFC e le pompe di calore?
La combinazione di un impianto di cogenerazione forza-calore (ICFC) con una pompa di calore è una possibilità decisamente più vantaggiosa per riscaldare gli edifici a basse emissioni. Un ICFC funziona impiegando biogas, gas naturale o gas sintetico («idrogeno verde») e fornisce un’energia cosiddetta attiva. In altre parole, non deve generare costantemente un certo carico di base, bensì può essere acceso o spento all’occorrenza, facilmente e in tutta rapidità. Questo tipo di impianto si distingue dai generatori di energia passivi, come gli impianti eolici o fotovoltaici che dipendono da influssi esterni, come appunto il vento oppure il sole. Nei mesi più assolati e con temperature medie piuttosto calde, quando i prezzi dell’elettricità sono tendenzialmente più bassi grazie agli elevati quantitativi di energia elettrica prodotti attraverso gli impianti fotovoltaici, un ICFC può restare spento. In tal caso per azionare la pompa di calore si utilizza l’abituale rete elettrica oppure, se disponibile, il proprio impianto fotovoltaico. In questo modo l'acqua industriale e l’acqua calda sanitaria possono essere riscaldate con un’energia primaria praticamente neutra dal punto di vista delle emissioni di CO2. Nei mesi invece in cui c’è meno sole, in cui le temperature esterne sono decisamente più basse e in cui i prezzi dell’elettricità aumentano, l’impianto di CFC si attiva, generando così l’energia elettrica necessaria per far funzionare la pompa di calore e producendo anche energia termica a una temperatura di circa 15-20 °C. Un ICFC permette di raggiungere temperature di uscita fino a 95° C. «Il sistema che combina un ICFC a una pompa di calore è concepito per durare 20-25 anni», afferma Jörg Jermann. «Su questo periodo, i costi per riscaldare un immobile sono circa del 30-50% inferiori rispetto alle precedenti caldaie a gas o a olio. E ciò malgrado l’investimento nei due impianti. La variante con sistema combinato è ancora più vantaggiosa quando un riscaldamento a gas esistente è semplicemente sostituito da un nuovo riscaldamento. Molto spesso la soluzione combinata risulta più redditizia ed, evidentemente, molto più rispettosa dell’ambiente».
La soluzione combinata risulta redditizia a partire da progetti di quali dimensioni?
Per le case monofamiliari, la combinazione di un ICFC (anche se piccolo) e di una pompa di calore non è conveniente, visti i costi di investimento necessari. «Per quanto riguarda le case monofamiliari sarebbe auspicabile, e sicuramente anche molto più vantaggioso a lungo termine, pensare alla costruzione di reti di teleriscaldamento a livello di quartiere, ad esempio per 100 o 200 case, con una centrale energetica che provvede all'approvvigionamento. Nella costruzione di abitazioni diventa interessante per le soluzioni individuali con un fabbisogno termico a partire da circa 60 kW. In questi casi, tale principio è messo in atto con la Hybridbox prodotta su licenza». Tuttavia, spiega Jörg Jermann, è sempre importante esaminare attentamente ogni situazione nel concreto. Nel caso di immobili commerciali o industriali oppure di opere pubbliche, come officine, complessi scolastici, case di riposo, ospedali ecc., bisognerebbe tenere sempre conto della soluzione combinata e fare tutti i calcoli necessari per valutarne l’adeguatezza. E Jermann aggiunge: «Spesso sulle ampie superfici offerte dai tetti di questi edifici sono collocati impianti fotovoltaici. In questo modo l’energia termica è prodotta dall’elettricità generata dai pannelli sul tetto. Durante la notte e in caso di brutto tempo, la fornitura autonoma di elettricità e di calore è invece garantita dall’impianto di cogenerazione forza-calore».
Fotovoltaico, ICFC, pompa di calore: quando e cosa far entrare in funzione?
Il vantaggio di disporre di un sistema autonomo costituito da diverse componenti è del tutto evidente. Si utilizza sempre la tecnologia con l’energia primaria che risulta disponibile al prezzo più conveniente. Particolarmente vantaggiosa è qui la flessibilità, già citata, che offre un impianto CFC, in quanto fornitore «power on demand». In Svizzera sono proposti i seguenti periodi di esercizio.
Da aprile a ottobre:
pompa di calore, azionata mediante l’energia proveniente dalla rete elettrica oppure da un proprio impianto fotovoltaico.
Da novembre a marzo:
ICFC funzionante a biometano, biogas oppure gas sintetico («idrogeno verde»), impiegato per produrre l’energia che serve per azionare la pompa di calore.
Progetti realizzati in Svizzera – un esempio concreto dal Cantone di Zurigo
In Svizzera, tutta una serie di progetti di costruzione, contemplanti la realizzazione di complessi residenziali e commerciali, è già realizzata implementando le soluzioni combinate, e già da qualche anno. «Così, di primo acchito, i progettisti e i committenti partono dal presupposto che questo tipo di impianti comporti costi piuttosto onerosi, ed è per questo motivo che la soluzione combinata non è ancora ampiamente diffusa», commenta Jermann.
Tuttavia, se guardiamo nel concreto le cifre legate a un progetto di risanamento che vedrà la luce nel 2022 nel Cantone di Zurigo, risulta chiaro il grande potenziale di questo sistema.
Dimensioni del progetto: complesso edilizio con 325 appartamenti di proprietà
Anno di costruzione dell’immobile: anni 1975-1980
Tipo di riscaldamento impiegato finora: caldaia a gas (100% gas naturale)
Consumo annuo: ca. 5,2 mio. kWh di gas naturale
Soluzione combinata:
1 ICFC Avesco, potenza: elettrica 200 kW; termica 340 kW
1 pompa di calore aria-acqua con una potenza di assorbimento di max 190 kW, potenza di riscaldamento tra 350 kW e 500 kW con temperatura esterna da -2 a 5° C.
Il calcolo approssimativo del risparmio nel consumo di gas naturale è di circa 2,2 mio. kWh/anno (il che corrisponde a una riduzione del 42%). Si ottiene così un risparmio per quanto concerne i costi di gas naturale di circa 190 000 CHF all’anno, vale a dire una riduzione del 42%.
«Tra tutti i sistemi di riscaldamento alternativi legati a questo progetto di risanamento, la combinazione tra un ICFC e una pompa di calore permette di ottenere, a un costo di 7,6 cts/kWh, il più basso prezzo del calore», spiega Jörg Jermann. Il calcolo non tiene ancora conto dei contributi compensativi legati al CO2. Sull’intera durata di utilizzo dell’ICFC, vale a dire su presumibilmente 20-25 anni, questi crescereanno ulteriormente con l’aumentare della quota di energia rinnovabile impiegata per l’esercizio dell’impianto.
Dato che serve una minor quantità di energia primaria, si può acquistare più energia primaria proveniente da fonti rinnovabili, ad esempio con una quota del 20 o persino del 50% di biogas, senza tuttavia che vi sia un sensibile aumento del prezzo di riscaldamento per i proprietari degli appartamenti. Le emissioni di CO2 risultano allora di circa il 50-70% inferiori rispetto al vecchio sistema di riscaldamento impiegato finora.
La combinazione offre insomma innumerevoli vantaggi, poiché si sommano le proprietà di due tipi di impianto, ovvero l’ICFC e la pompa di calore. Ad esempio, se manca lo spazio per un campo di sonde geotermiche o se lo spazio è poco, la restante quantità di energia termica e l'energia motrice sarà generata da un ICFC: Nel caso in cui, con una pompa di calore, le temperature di uscita fossero troppo basse, ecco che l’ICFC si potrebbero alzare da 10 a 20 °C.
Confronto con una centrale di teleriscaldamento (centrale termoelettrica a combustibile)
La soluzione combinata, con ICFC e pompa di calore, può essere interessante anche per le reti di teleriscaldamento. Ci sono infatti già alcuni primi progetti che hanno fatto tesoro degli evidenti vantaggi offerti da questo sistema. In Svizzera spesso le reti di teleriscaldamento ricevono l’energia termica necessaria da centrali che funzionano a combustibile, dove vengono bruciati cippato di legno oppure rifiuti. Se si confrontano i costi complessivi, paragonando una rete di teleriscaldamento ad un sistema combinato ICFC-pompa di calore, risulta che, tendenzialmente, le reti di teleriscaldamento comportano costi di produzione termica maggiori. Ciò è dovuto, tra le altre cose, ai costi elevati legati agli adattamenti necessari sotto il profilo edilizio, richiesti ad esempio per una centrale a legna. Spesso infatti occorre realizzare un edificio per immagazzinare il cippato, e anche costruire vie di accesso per poter far circolare gli autocarri che forniscono la legna. Jörg Jermann: «Quando bisogna sostituire un riscaldamento a gas oppure a olio, basta smontarli e lo spazio che si libera sarà di regola ampiamente sufficiente per installare un ICFC con pompa di calore. In tal caso non sono necessarie grandi trasformazioni».
Inoltre, e questi ultimi mesi l’hanno dimostrato in modo evidente, il legno, il gas naturale e l’elettricità sono in balìa del mercato internazionale. Se i prezzi aumentano, in poco tempo, in modo considerevole e inatteso, anche i costi legati al riscaldamento lievitano. Optando per una soluzione combinata ICFC-pompa di calore, i fornitori di energia termica e di energia elettrica sono più autonomi e meno dipendenti dai costi dell’energia primaria. I prezzi per quanto riguarda gas, elettricità, legna e anche rifiuti, molto probabilmente anche in futuro saranno sottoposti a forti oscillazioni. Jermann ne è assolutamente convinto. Ecco perché è sensato prevedere di far funzionare una centrale energetica utilizzando diverse energie primarie. «Tutto riunito in un solo luogo e con la massima efficienza!».
Soluzione combinata gas di depurazione-ICFC: IDA Seez, un esempio di successo
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