Le previsioni meteorologiche sono diventate da tempo uno strumento in grado di migliorare la programmazione e lo svolgimento ottimale di molte attività umane, dai lavori stagionali agricoli alla fotogrammetria aerea, passando per le immancabili settimane bianche e i week-end al mare; da alcuni anni i modelli hanno iniziato ad essere sfruttati anche nel settore della produzione di energia elettrica, in particolare in relazione alle wind farm che in molti paesi del mondo vengono costruite e connesse alla rete già esistente. Per comprendere la loro importanza è necessario spiegare brevemente il funzionamento della rete elettrica.
Affinché il sistema elettrico funzioni correttamente è indispensabile che la potenza fornita dalla rete sia in ogni istante in accordo con la domanda. L’andamento della domanda può essere stimato a priori su base statistica con ottima approssimazione – errori relativi massimi del 2% – in modo che quando premiamo l’interruttore del televisore la rete sia già pronta a fornire la potenza necessaria; questo è possibile perché stiamo considerando un insieme molto ampio di utenti, e se non saremo noi ad accendere l’elettrodomestico – magari perché siamo fuori a cena – lo farà il nostro vicino, e per il gestore della rete non cambierà nulla. Poiché esiste un’incertezza nelle previsioni del consumo, è necessario che sia sempre disponibile un margine di manovra, cioè delle centrali tenute al di sotto della loro capacità massima oppure in stand-by in grado di variare la loro fornitura in tempi rapidi; inoltre la curva della domanda presenta un andamento variabile tipico durante il giorno, e questo si compensa con variazioni programmate giornaliere su centrali che le permettano oppure dedicando il surplus disponibile al pompaggio dei bacini idroelettrici.
Il prodotto della potenza per il tempo fornisce l’energia erogata o consumata, e integrando la curva della potenza istantanea si ricava l’energia scambiata in un certo intervallo di tempo, ad esempio 24 ore. Sebbene il costo dell’energia dipenda principalmente da quanta ne viene utilizzata e non da come questa richiesta sia distribuita nell’arco delle ore e dei giorni – cioè dall’area dell’integrale e non dalla forma della curva – un sistema elettrico deve essere in grado di soddisfare entrambi i vincoli, quello sul valore istantaneo erogato e sulla quantità complessiva.
L’introduzione di impianti eolici rappresenta una notevole sfida allo schema consolidato di gestione della rete elettrica, nel quale le centrali sono sempre a disposizione dell’operatore; per prima cosa il vento è una grandezza variabile, e poi il luogo nel quale l’installazione risulta conveniente non è necessariamente quello in cui si ha la domanda (si pensi ad esempio agli impianti offshore). Si presentano perciò due problemi, il primo di distribuzione a livello di rete nazionale – o internazionale come per quella europea – del quale non ci occuperemo, e il secondo derivante dalla variabilità intrinseca della risorsa; quest’ultima va esaminata sia in ampiezza sia in velocità di variazione.
Per quanto riguarda il primo aspetto è evidente che in caso di vento troppo debole (o troppo forte) la produzione sarà nulla, per cui l’ampiezza è pari alla totale potenza installata; la connessione di più parchi molto distanti fra loro può parzialmente mitigare il problema ma non eliminarlo. Lo studio della velocità di variazione eseguito su base statistica suggerisce che circa la metà delle variazioni orarie è piccola, pari all’1% della potenza installata, e solo 1 volta ogni 2000 – circa quattro volte all’anno – la variazione supera il 15% della potenza, potendosi arrivare a valori massimi del 50-60% per una wind farm; anche in questo caso l’analisi di aree via via più estese mostra una diminuzione progressiva dei valori. Va tenuto presente che le cifre indicative riportate si riferiscono ad intervalli orari, potendosi misurare su tempi più brevi velocità di variazione molto maggiori.
Nell’ottica previsionale la quantità di potenza fluttuante così come la sua velocità di variazione sono quindi valori importanti per il gestore di rete perché danno indicazioni su quante centrali debbano essere tenute a disposizione, e quanto rapida debba essere la loro velocità di risposta ai comandi dell’operatore. Nella prossima parte vedremo in dettaglio gli strumenti oggi utilizzabili per ottimizzare l’integrazione delle wind farm nelle reti elettriche.
