Un nuovo indicatore mostra che le energie rinnovabili costano il 53% in meno rispetto all’energia nucleare

Uno studio sulla Danimarca sottoposto a peer review ha rilevato che i portafogli di energie rinnovabili superano l’energia nucleare in termini di costo totale del sistema nel futuro sistema energetico integrato simulato, una volta inclusi nel confronto i costi relativi al bilanciamento della rete, allo stoccaggio e al coupling settoriale.

Lo studio “SLCOE – LCOE basato sul sistema per il confronto delle tecnologie energetiche in sistemi diversi”, pubblicato di recente su Energy e guidato da Henrik Lund dell’Università di Aalborg, introduce il costo livellato dell’energia basato sul sistema (SLCOE) come alternativa alla metrica standard LCOE. L’LCOE misura solo il costo di produzione di un’unità di elettricità da una data tecnologia, mentre l’SLCOE aggiunge il costo dell’integrazione di quella tecnologia nel sistema energetico più ampio. L’elenco dei coautori include altri 10 ricercatori.

“Mentre l’LCOE è una funzione della tecnologia stessa, l’SLCOE è una funzione sia della tecnologia che del contesto del sistema energetico in cui opera”, afferma l’articolo.

Il coautore Christian Breyer, professore di economia solare presso l’Università LUT in Finlandia, ha dichiarato a pv magazine che la metrica colma una lacuna fondamentale. “Se ci si limita a ottimizzare all’interno del solo settore elettrico, non si sarà in grado di identificare queste soluzioni molto migliori”, ha affermato Breyer.

Lo studio modella l’attuale rete elettrica danese e un futuro sistema energetico climaticamente neutro con un accoppiamento settoriale completo, utilizzando il modello EnergyPLAN per la simulazione oraria in tutti i settori energetici. Gli autori sottolineano che alcune conclusioni sono specifiche della Danimarca, data la sua base di risorse dominata dall’eolico e le infrastrutture di flessibilità esistenti.

Nell’attuale sistema esclusivamente elettrico, i costi di sistema risultano elevati per tutte le tecnologie quando ciascuna di esse viene modellata come unica fonte di approvvigionamento. In tale contesto, il solare presenta un SLCOE combinato di circa 565€/MWh – non perché il fotovoltaico sia intrinsecamente costoso da integrare, sostengono gli autori, ma perché qualsiasi singola tecnologia deve affrontare costi di sistema elevati senza le opzioni di flessibilità fornite da un sistema energetico pienamente accoppiato. Il nucleare raggiunge circa 141 €/MWh nello stesso contesto esclusivamente elettrico. Il mix a minor costo di eolico offshore, solare e turbine a ciclo combinato a gas raggiunge circa 66 €/MWh.

In un futuro sistema integrato a impatto zero sul clima, che costituisce il confronto centrale del documento, l’SLCOE del nucleare è di circa 100 €/MWh. Il mix a minor costo di eolico offshore e fotovoltaico raggiunge circa 46 €/MWh. Anche l’eolico offshore da solo raggiunge circa 46 €/MWh. L’eolico onshore raggiunge circa 106 €/MWh, mentre il solare raggiunge circa 178 €/MWh come tecnologia autonoma. Il suo costo diminuisce drasticamente quando viene combinato con l’eolico nel portafoglio a minor costo.

Il fattore trainante di tale riduzione dei costi per le energie rinnovabili è l’integrazione settoriale, ha affermato Breyer.

“Dimostriamo quanto sia essenziale includere l’intero sistema energetico nella ricerca di soluzioni al minor costo”, ha dichiarato Breyer. L’integrazione settoriale offre lo stoccaggio termico, lo stoccaggio dell’idrogeno tramite elettrolisi, il funzionamento flessibile delle pompe di calore e la ricarica intelligente dei veicoli elettrici – opzioni non disponibili in una rete basata esclusivamente sull’elettricità, ha aggiunto.

L’analisi di sensibilità verifica quattro serie di ipotesi di costo: le proiezioni dell’IEA World Energy Outlook 2023 e 2024 e due scenari dell’Agenzia danese per l’energia, uno dei quali applica una spesa in conto capitale superiore del 50% alle energie rinnovabili per riflettere l’inflazione post-2022. Anche il costo delle tecnologie di flessibilità viene sottoposto a stress test con un aumento del 50% della spesa in conto capitale, con un effetto minimo sui risultati.

In tutti gli scenari del futuro sistema integrato, le energie rinnovabili superano il nucleare in termini di SLCOE. Il nucleare non compare nella soluzione a minor costo in nessuna delle ipotesi testate.

Il documento utilizza le ipotesi dell’Agenzia Internazionale per l’Energia (IEA) di 480 €/kW per il solare su scala industriale nel 2050. Breyer ha osservato che l’attuale costo reale del solare su scala industriale è più vicino a 400 €/kW, il che significa che il vantaggio del solare modellizzato potrebbe sottostimare ciò che le attuali condizioni di mercato produrrebbero.

Per i mercati a predominanza solare al di fuori della Danimarca – Europa meridionale, Medio Oriente, India – dove le risorse eoliche sono limitate, Breyer ha fatto riferimento alla letteratura esterna che indica che le batterie e la domanda flessibile fungono da strumenti primari di integrazione.

“La combinazione tra un LCOE del solare fotovoltaico estremamente contenuto e gli investimenti iniziali (capex) ridotti per le batterie emerge come la colonna portante di qualsiasi sistema energetico nella Sunbelt”, ha affermato Breyer. Tali cifre non rientrano nella modellizzazione SLCOE della Danimarca.

Il documento esclude esplicitamente il costo degli impianti di stoccaggio delle scorie nucleari e il costo opportunità derivante dalla mancata diffusione delle energie rinnovabili durante la costruzione degli impianti nucleari. Breyer ha affermato che la loro inclusione amplierebbe ulteriormente il divario di costo, sebbene il documento non lo quantifichi.

Per il nucleare, il documento modella un costo di capitale effettivo di 10.000 €/kW in EnergyPLAN. Il documento sottolinea che non si tratta di un costo letterale a un giorno, ma di uno strumento di modellizzazione: applicare un tasso di sconto dell’8% all’ipotesi di costo a un giorno dell’AIE di 4.500 €/kW produce lo stesso onere di capitale annualizzato che si avrebbe ipotizzando 10.000 €/kW a un tasso uniforme. Il documento rileva che i costi di capitale del nucleare nei recenti progetti europei hanno superato le stime iniziali di circa il 100% e che una revisione della letteratura sui tassi di apprendimento nel settore nucleare ha rilevato un intervallo compreso tra il -25% e lo zero – il meno favorevole tra tutte le tecnologie di generazione esaminate.

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