Previsioni meteorologiche applicate alle energie rinnovabili: arriva anche un “manuale”

radiazioneIl mondo delle previsioni meteo mi è sempre stato vicino nei miei lunghi trascorsi di monitoraggio ambientale, proprio per la caratterizzazione meteo climatica dei siti termoelettrici, dove per decenni ho operato, per avere una conoscenza più completa possibile delle dinamiche dell’atmosfera, applicate alla diluizione e dispersione degli inquinanti emessi dai camini. In tempi più recenti ho avuto poi modo di esplorare un altro aspetto delle previsione meteo per minimizzare l’impatto sulla gestione delle reti elettriche delle energie rinnovabili “non programmabili” come eolico e fotovoltaico, proprio perché strettamente legate alla meteorologia (vedi post “Sistemi di previsione di energia elettrica da fonti rinnovabili GSE: dimezzati i costi di sbilanciamento”). Un ambito davvero importante quello dei sistemi previsionali di risorse come velocità e direzione del vento per l’eolico e di radiazione solare sia globale (GHI) misurabile con piranometri, (vedi immagine a successiva) che diretta (DNI),piroeliometro misurabile come piroeliometri (vedi immagine a destra) per le applicazioni solari dirette come fotovoltaico, solare termico e solare termodinamico. Proprio su stime sempre più precise e su previsioni sempre più accurate della radiazione solare è basato un nuovo lavoro dell’Agenzia Internazionale per l’Energia, che si prefigge di rendere più agevole il lavoro di progettazione di impianti solari termici termodinamici e fotovoltaici alle prese con la sempre più pressante necessità di valutare la producibilità del sistema istante per istante. Un ambito che rimane di grane importanze nonostante abbiamo alle spalle il periodo d’oro del conto energia. Un ambito che se è importante per la applicazioni solari termiche comunque meno sensibili alle piccole variazioni della fonte solare, data la maggiore inerzia e all’accoppiamento di un sistema di accumulo termico, divengono addirittura decisive per il fotovoltaico, oggi fondamentalmente centrato sull’autoconsumo, per il quale disporre di accurati modelli di previsione per la risorsa solare diviene davvero cruciale, dal momento che, a previsioni più precise corrisponde una decisamente più agevole progettazione ed una migliore integrazione con fonti energetiche convenzionali o comunque programmabili, potendo stimare correttamente la quota di autoconsumo.

piranometri

Proprio su questi spunti infatti la IEA (International Energy Agency) ha attivato dal 2011 uno specifico gruppo di ricerca, il Task 46, denominato “Solar Resourcelogo Assessment and Forecasting”, finalizzato allo studio della migliore utilizzazione dei dati di radiazione solare nella progettazione degli impianti solari. Tra i vari risultati prodotti dei 70 partecipanti al Task 46 anche un bellissimo manualeBest Practices Handbook for the Collection and Use of Solar Resource Data for Solar Energy Applications“, scaricabile in calce al post dal sito della statunitense NREL (link sito), (National Renewable Energy Laboratory).
Un lavoro davvero imponente quello del team di ricercatori, che hanno valutato, mettendoli a confronto, modelli per il calcolo della radiazione e dati misurati nel corso degli ultimi 110 anni, con lo scopo di standardizzare e di migliorare l’utilizzo delle risorse disponibili. Il capitolo 6 è quello di maggiore rilevanza, dal momento che, per ognuna delle delle fasi di sviluppo di un progetto (valutazione di pre-fattibilità, studio di fattibilità, due diligence e funzionamento), vengono proposte metodologie per il miglioramento della valutazione in situ della risorsa solare, anche in funzione della tecnologia da applicare.
In particolare i ricercatori austriaci del Task 46, hanno simulato l’effetto della disponibilità di previsioni sui dati orari della radiazione solare da uno a tre giorni (fino a 72 ore). Nel caso specifico di studio è stata applicata la simulazione a un impianto di teleriscaldamento, asservito da solare termico, in funzione nella città austriaca di Wels. Un aspetto, quello dell’utilizzo di previsioni sui dati climatici fondamentale anche per le utility che operano impianti di teleriscaldamento, visto che l’andamento previsto per la temperatura ambiente nei giorni successivi è spesso usato per valutare la domanda termica a breve termine degli utenti. Integrare poi tra loro il dato di temperatura esterna e quello di radiazione solare è utile, innanzitutto, perché permette la stima dei guadagni solari e, quindi, la riduzione del fabbisogno di riscaldamento degli ambienti. Nel caso, poi, di una rete di teleriscaldamento alimentata anche da solare termico, proprio come quella di Wels, la previsione dell’andamento della radiazione fornisce l’informazione aggiuntiva sulla produzione presunta di calore dall’impianto solare. Una modalità che permette ai gestori della rete di teleriscaldamento, di valutare se, nei giorni successivi, tenendo conto anche della quantità di energia termica presente nell’accumulo di calore, le utenze siano alimentabili solo con il solare, permettendo così di ridurre il ricorso a combustibili fossili. Nella foto seguente alcuni modelli di piranometro, che permettono di misurare in uno specifico sito l’intensità della radiazione solare. Davvero rilevanti poi i riscontri pratici di questi nuovi approcci, in termini di risparmio economico, dal momento che posticipare, anche solo di poche ore, l’accensione delle unità alimentate a combustibili fossili può migliorare in modo notevole le performance economiche di un sistema cogenerativo. Dal momento che il mercato dell’elettricità si basa sui dati orari, avere una tale possibilità di flessibilità nella generazione può davvero avere positivi impatti in termini finanziari.
Nel caso di studio di Wels, l’inserimento anche la radiazione solare, accanto alla temperatura, tra i parametri da prevedere per i giorni successivi, ha dimostrato come sia possibile un guadagno di diversi punti percentuale nel risparmio di combustibili fossili. Un test ancora più significativo, visto che nell’esperienza austriaca, la simulazione computerizzata è stata affiancata anche da un test reale sul campo che ha confermato, validandola, quanto previsto dalla simulazione stessa. Un modello che potrebbe incrementare i vantaggi nel caso di sistemi da realizzare, per i quali l’irraggiamento solare potrebbe essere introdotto da subito come parametro che influenza la gestione degli impianti, evitando così di dover affrontare i costi aggiuntivi derivanti da tale scelta nelle reti già esistenti.

Sauro Secci

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