Eolico e fotovoltaico basterebbero per coprire tutto il fabbisogno energetico della Svizzera

“Ogni giorno il sole fornisce alla Terra circa 5’000 volte più energia di quanta ne consumeremmo anche se tutti gli abitanti della Terra vivessero come noi Europei. Ciò dimostra che in realtà non abbiamo alcun problema di energia, ma piuttosto un problema di distribuzione dell'energia, cioè di spostamenti temporali e locali della sua produzione rispetto al consumo. Con questo elevato surplus, tuttavia, devono esistere possibilità tecniche per coprire la domanda di energia con fonti completamente rinnovabili e fare a meno di risorse finite come il petrolio e il gas estratti dal suolo”. A dirlo è David Zogg, ricercatore e professore alla FHNW, una delle principali università di scienze applicate della Svizzera, e autore dello studio pubblicato nel maggio del 2023 sotto il titolo ”Deckung des Stromverbrauchs CH mit Photovoltaik, Wind- und Wasserkraft über das ganze Jahr”.

Basandosi sul calcolo dei fabbisogni mensili, con particolare attenzione a quelli invernali, sulla Strategia energetica 2050 e su altri studi realizzati negli ultimi anni, questo studio presenta diverse possibili strategie per coprire con il 100% di energie rinnovabili il fabbisogno energetico della Svizzera sull’arco di tutto l’anno, in altre parole lo studio spiega quali sono i presupposti affinché la Svizzera raggiunga l’autarchia energetica. Esso parte infatti dal presupposto che le importazioni di elettricità dall’estero di origine nucleare e quelle di energie di origine non rinnovabile, come carbone, gas e petrolio, cesseranno completamente entro il 2050. 

Siccome la produzione di elettricità tramite le rinnovabili è fluttuante, per coprire la domanda, anche nei giorni, nelle settimane e nei mesi critici dell'inverno, occorrono cosiddetti “serbatoi” per lo stoccaggio di energia, serbatoi che vanno riempiti nei momenti in cui le rinnovabili producono energia in eccesso e utilizzati in modo giornaliero, settimanale o mensile in caso di penuria di rinnovabili. Per garantire un approvvigionamento energetico sicuro, le nostre centrali elettriche devono infatti poter produrre ogni giorno e ogni ora la quantità di energia elettrica necessaria a coprire il fabbisogno effettivo di tutto il paese.

Lo studio si basa inoltre sul consumo di energia elettrica previsto per l'anno 2050 (70 TWh di consumo annuo), tiene conto dell’aumento di consumo di elettricità dovuto dell'aumento delle termopompe e dei veicoli elettrici e tiene conto del fatto che, in base alla Strategia energetica 2050, fra un quarto di secolo l’integralità del fabbisogno energetico della Svizzera dovrà essere coperto da fonti rinnovabili.

I principali risultati dello studio

La notizia positiva è che questo studio dimostra che coprire il fabbisogno energetico totale della Svizzera esclusivamente con le rinnovabili è assolutamente possibile. Tuttavia i calcoli effettuati dagli esperti dimostrano che non sarebbe possibile coprire il fabbisogno di elettricità della Svizzera nei mesi invernali con il solo fotovoltaico sui tetti degli edifici dell'Altopiano centrale. Occorre quindi pure il supporto di impianti fotovoltaici alpini e/o di impianti eolici, i quali producono ingenti quantitativi di elettricità soprattutto in inverno. Un'altra opzione presa in considerazione è lo stoccaggio stagionale di energia tramite l'idrogeno o il metanolo verde. Nei vari scenari valutati è poi stato preso in considerazione anche uno stoccaggio stagionale limitato di energia idroelettrica. 

Ma vediamo in dettaglio i vari scenari disegnati dallo studio:

Scenario 1: idroelettrico + massimo di fotovoltaico sull’altipiano + massimo di fotovoltaico alpino

Si tratta di uno scenario considerato “estremo”, perché prevede la copertura completa del fabbisogno elettrico invernale esclusivamente tramite l’idroelettrico e il fotovoltaico, ma che per sua natura comporta una massiccia sovraproduzione di elettricità nei mesi estivi.

In questo scenario i tetti e le facciate idonee dell'Altopiano centrale sono completamente coperti di fotovoltaico (circa 330 km2). Le centrali elettriche ad acqua fluente e l'accumulo stagionale tramite i bacini idroelettrici sono completamente utilizzati. La quota restante è coperta dagli impianti fotovoltaici alpini. In questo scenario i mesi cruciali sono dicembre e gennaio, in quanto, per coprire il deficit di fotovoltaico dell’altopiano a causa della nebbia, occorre la quota massima di fornitura di elettricità da parte degli impianti fotovoltaici alpini.

Per poter coprire la domanda durante il mese di gennaio, si dovrebbe dunque coprire con impianti fotovoltaici una superficie pari al 6,4% dell'area alipina esente da vegetazione (oggi pari a circa il 50%). In questo caso dovrebbero essere costruiti impianti fotovoltaici alpini per una superficie totale di circa 300 km2. L'area priva di vegetazione comprende campi di ghiaia inutilizzabili e aree rocciose. Dovrebbero inoltre essere utilizzate le aree intorno ai bacini artificiali e alle altre infrastrutture alpine esistenti.

Scenario 2: idroelettrico + massimo di fotovoltaico sull’altipiano + massimo di eolico

Anche questo è uno scenario considerato “estremo” perché considera la copertura completa del fabbisogno elettrico invernale esclusivamente tramite l’idroelettrico, il fotovoltaico sull’altipiano e l'eolico, una formula che produrrebbe pure una massiccia eccedenza di elettricità nei mesi estivi.

Alla base di questo scenario sono gli stessi calcoli di cui sopra, ma con, al posto del fotovoltaico alpino, un contributo massimo di energia eolica basato sulla CH-Windenergie-Studie del 2022, secondo la quale dovrebbero essere installate in Svizzera complessivamente circa 4’400 turbine eoliche, distribuite sull'Altopiano centrale, nel Giura e nelle vallate alpine. Con queste turbine, che producono molta più elettricità in inverno, si potrebbe coprire il deficit di fotovoltaico invernale sull’Altopiano e si potrebbe coprire il fabbisogno di tutti i mesi dell’anno a condizione che anche lo stoccaggio stagionale di energia nei bacini idroelettrici sia utilizzato in modo ottimale.

Scenario 3: idroelettrico + fotovoltaico sull’altipiano + fotovoltaico alpino + Power2X

Si tratta di uno scenario considerato “moderato” che prevede una copertura del fabbisogno di elettricità in inverno parzialmente tramite il fotovoltaico alpino e per la parte restante tramite centrali termiche alimentate con combustibili verdi prodotti grazie al surplus di fotovoltaico realizzato nei mesi estivi.

Questo scenario si basa sulla “Roadmap Grossen” / ETH Zürich 2023, in cui l’eccedenza di fotovoltaico estivo viene convertito in idrogeno o metanolo, (Power2X), e immagazzinato per essere riconvertito in elettricità in inverno, (X2Power). Il processo di elettrolisi, compressione, stoccaggio e la successiva riconversione in elettricità comporta elevate perdite di energia sotto forma di calore residuo (circa il 70%). Ciononostante, esso permette di coprire una buona parte del fabbisogno di elettricità in inverno. Questo scenario riduce notevolmente la superficie necessaria di fotovoltaico alpino. A differenza dello Scenario A, solo l'1,4% dell'area libera da vegetazione nelle Alpi dovrebbe essere ricoperta di fotovoltaico (63 km2). Questo scenario presuppone la costruzione di impianti per lo stoccaggio stagionale dell’idrogeno, rispettivamente del metanolo, il che, nel caso del metanolo, corrisponderebbe a un volume di 3,8 milioni di m3 (stoccaggio obbligatorio CH 4 milioni di m3).

Scenario 4: idroelettrico + fotovoltaico sull’altipiano + fotovoltaico alpino + eolico + Power2X

Ovviamente i tre scenari citati sopra possono essere combinati a dipendenza di quanto fotovoltaico e quanto eolico si voglia realizzare nelle regioni alpine. Così il quarto scenario, chiamato dagli autori dello studio la “variante minima”, prevede la copertura parziale del deficit invernale col Power2X e il deficit restante col 50% di fotovoltaico alpino e il 50% di eolico. Il fabbisogno di fotovoltaico alpino si ridurrebbe così a 32 km2, ossia a una superficie che rappresenta lo 0.7% della superficie alpina esente da vegetazione, e l’eolico a sole 440 turbine.

Ma come siamo messi oggi in Svizzera per quel che concerne l’eolico e il fotovoltaico?

Stando a uno studio della scorsa primavera in cui la SES, la Schweizerische Energie-Stiftung, ha analizzato lo sviluppo dell’eolico e del solare nei 27 Stati dell'Unione Europea e in Svizzera, per quel che concerne la produzione pro capite di queste 2 rinnovabili la Svizzera si colloca al 22° posto su 28 e addirittura all’ultimo se si considerano solo i 4 paesi confinanti. Più in dettaglio, per quel che concerne il fotovoltaico, si situa come già l’anno scorso all'11° posto, e ciò anche se in Svizzera la produzione di energia solare pro capite è aumentata l’anno scorso di 117 kilowattora, passando a 558 kilowattora. Per quel che concerne invece lo sfruttamento dell’eolico, la Svizzera continua a occupare soltanto il 25° posto. Rispetto agli standard europei, col suo magro 8,9% di energia solare ed eolica, la quota di produzione di elettricità della Svizzera tramite queste due rinnovabili è dunque molto bassa. A titolo di paragone, la Danimarca copre già oltre il 70% del suo consumo di elettricità con energia solare ed eolica, mentre per l'insieme dei paesi dell'Unione Europea si supera già il 24%.

Da notare che in materia di fotovoltaico e di eolico la Svizzera è nettamente sorpassata da tutti i paesi confinanti. Mentre la produzione pro capite degli Svizzeri è stata l’anno scorso di 577 kWh, gli Italiani ne hanno prodotto 917, i Francesi 1083, gli Austriaci 1453 e i tedeschi 2310. Per raggiungere i 7 paesi europei che già l’anno scorso coprivano oltre di un terzo del loro fabbisogno di elettricità col fotovoltaico e l’eolico, ossia la Danimarca (70,7%) la Spagna (46.1%), i Paesi Bassi (46%), Germania (41.6%), la Grecia (39.5%), l’Irlanda (38.7%) e il Portogallo (37.7%), e per raggiungere l’obiettivo 100% di energia rinnovabile entro il 2050, la Svizzera deve dunque mettere il turbo. 

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