Supergrid di 12 paesi sub-sahariani proposto dai ricercatori

L’Africa è un continente assurdamente grande. La massa terrestre è abbastanza grande da poter contenere Cina, India e Stati Uniti con spazio libero per le nazioni più popolose d’Europa. Ci sono 1,2 miliardi di persone, 55 paesi, centinaia di lingue e variazioni geografiche radicali.

Ma non è un continente ricco. L’Africa sub-sahariana ha un tasso di povertà del 41% e vi si trovano 27 dei 28 paesi più poveri del mondo. Gran parte di ciò è dovuto alla povertà energetica, e non a quella vissuta dagli europei meno abbienti durante la recente crisi energetica. No, questa è la vera povertà energetica, dove non hanno elettricità nelle loro case e nelle loro attività e sono costantemente alla ricerca di biomassa secca da bruciare per cucinare.

Non pretendo di essere un esperto del continente, e nemmeno di nessuno dei paesi che lo compongono. Ma ho alcune intuizioni, avendo valutato le opportunità idroelettriche pompate in Kenya, la spedizione di idrogeno verde dalla Namibia all’Europa e gli sforzi europei per l’idrogeno in tre paesi dell’Africa settentrionale. Ho presentato a una conferenza sulle energie rinnovabili dell’Africa settentrionale nel dicembre del 2022 su richiesta degli organizzatori. Ho strappato la superficie di parti dell’enorme continente. E così, mi avvicino a questo argomento con umiltà.

La carta è Giustapponendo la povertà energetica dell’Africa sub-sahariana e il potenziale di energia rinnovabile. Qual è la provenienza della proposta? Proviene da un gruppo di ricerca multinazionale dell’Università di tecnologia petrolchimica del Guangdong, dell’Università di scienza e tecnologia elettronica della Cina, dell’Università internazionale di Cipro, dell’Università di Chrisland in Nigeria e dell’Università di Sharjah negli Emirati Arabi Uniti. Che rappresenta ricercatori stranieri e africani. È nel diario Rapporti scientificiuna sotto-pubblicazione di ricerca sulle scienze naturali di Natura con un buon impact factor di 5,516 su cinque anni. Questo non è un capriccio, ma un solido sforzo di ricerca che è stato sottoposto a revisione paritaria.

La rete di trasmissione proposta si estende dal Mali e dalla Nigeria nell’Africa occidentale, attraverso il Niger, il Ciad e il Sudan fino all’Etiopia nell’Africa orientale, quindi a sud attraverso il Kenya, l’Uganda, il Burundi, la Tanzania e il Mozambico prima di terminare in Sud Africa all’estremità meridionale del continente. Sono oltre 10.000 chilometri di linee di trasmissione che coprono un terreno epico, incluso molto deserto e che attraversano almeno una volta la Great Rift Valley. Questo è il 40% della distanza intorno all’equatore. Non è una proposta banale.

Qual è stato il loro approccio? Hanno utilizzato il simulatore EnergyPLAN, sviluppato e gestito dal Sustainable Energy Planning Research Group dell’Università di Aalborg, in Danimarca. Simula il funzionamento dei sistemi energetici nazionali su base oraria, inclusi i settori dell’elettricità, del riscaldamento, del raffreddamento, dell’industria e dei trasporti. Gran parte dell’intento per lo sviluppo del simulatore, che è stato rilasciato per la prima volta nel 2000, era quello di assistere nella progettazione di sistemi energetici nazionali al 100% rinnovabili: domanda e fornitura di energia oraria per 12 paesi per un anno alla volta. Il simulatore era stato ampiamente utilizzato nei paesi e nelle regioni africane prima di questa applicazione, quindi è un modello ben collaudato e uno strumento utile per simulare questa massiccia proposta. Ci sono limitazioni con le capacità della simulazione che richiamano chiaramente, principalmente per quanto riguarda il numero di impianti idroelettrici pompati e il numero di paesi che possono avere quale generazione, che hanno esplorato e iterato per arrivare ai risultati. Di nuovo, non banale.

Quali scenari hanno considerato? È stato un processo iterativo con domanda di veicoli elettrici, accumulo idrico pompato, eolico onshore e solare fotovoltaico in proporzioni variabili. Sono stati modellati e analizzati sei diversi scenari considerando il 2030 e il 2040 come anni di attuazione mirati e con diverse combinazioni di capacità di generazione e stoccaggio nei diversi paesi. Questo è stato uno sforzo enorme e ben ponderato da parte del team. Tre scenari erano tecnologie a generazione singola solo con eolico onshore e energia solare a concentrazione (CSP), mentre tre erano ibridi delle tecnologie.

Perché il CSP è stato modellato è stata una domanda interessante data la sua incapacità di mantenere le sue promesse rispetto al fotovoltaico negli ultimi 30 anni. L’argomentazione dello studio è che nei paesi molto caldi il fotovoltaico sottoperforma, dando un vantaggio al CSP. Forse.

Includendo i veicoli elettrici a batteria, lo studio ha rilevato che la domanda totale di elettricità sarà rispettivamente di 700 TWh/anno e 800 TWh/anno per il 2030 e il 2040. Su base oraria, ciò equivale a un intervallo di domanda di potenza compreso tra 40 GW e 120 GW a vari livelli minimi e massimi. La loro soluzione ha modellato tutti e dodici i paesi per un anno di energia sulla base delle registrazioni meteorologiche del vento e del sole e ha modellato lo stoccaggio e i flussi di energia tra i paesi. Le gamme geografiche coprono da tre a quattro dei sei fusi orari in Africa, oltre a una significativa varianza nord-sud, consentendo di coprire i picchi e le depressioni della domanda e della produzione su una distesa molto ampia, riducendo l’incidenza della mancanza di energia disponibile.

Questo studio ha evitato uno dei principali fallimenti di molti studi sulle rinnovabili degli ultimi tre decenni, che consisteva nello scegliere una distesa geografica arbitrariamente ristretta come uno stato americano o un paese europeo, limitare o ignorare le interconnessioni e poi dichiarare che le rinnovabili non potevano funzionare. Una rete geograficamente ampia con una forte trasmissione consente di portare molta elettricità da dove viene generata a dove è richiesta e consente di collocare accumuli su larga scala in posizioni strategiche per fornire il bilanciamento.

Non sorprende che lo studio abbia rilevato che il sistema più economico in grado di soddisfare i profili della domanda aveva un mix di tecnologie di generazione rinnovabile e accumulo di rete verso la fascia alta delle gamme modellate. L’eccesso critico di produzione di elettricità che richiederebbe la riduzione delle fonti di generazione è stato ridotto, ma non eliminato. Come nota a margine, lo studio ha valutato il potenziale per la generazione di idrogeno solo con l’elettricità in eccesso negli scenari.

L’ultimo punto è che gli scenari includevano quelli in cui gli impianti di generazione di combustibili fossili esistenti erano esclusi dalla considerazione e inclusi. Ovviamente, i costi di sistema e la riduzione delle energie rinnovabili sono diminuiti quando gli impianti fossili fornivano il picco della domanda e il backup, e questo è uno scenario molto più realistico per il 2030 e il 2040. Far funzionare gli impianti a carbone e gas esistenti sempre meno ore ogni anno è la strada per il 100% di rinnovabili, senza far finta che non esistano e senza sfruttarle.

I costi per tutto questo variano in generale, da quasi 3 trilioni di dollari per lo scenario solo CSP, alla soluzione completamente ibrida con impianti a combustibili fossili a meno di 500 miliardi di dollari. Una soluzione esclusivamente rinnovabile con capacità di stoccaggio ridotte era dell’ordine di 1 trilione di dollari.

Quindi, se questo è solo uno studio di ricerca che modella un’ipotetica supergriglia per l’Africa sub-sahariana, perché dovremmo prenderla sul serio? Bene, lo studio è stato condotto da istituti di ricerca cinesi e la Belt & Road Initiative (BRI) della Cina è attiva in 44 dei 46 paesi della regione. Inoltre, mentre la BRI sta ancora costruendo molta più produzione di carbone e gas rispetto alle rinnovabili, ha eliminato dalla sua considerazione nuove centrali a carbone e la percentuale di progetti di energia rinnovabile e di trasmissione aumenta di anno in anno.

Di recente, stavo parlando con i dirigenti aziendali cinesi delle strategie di decarbonizzazione dell’Europa. Una domanda emersa nella parte di discussione della lezione di 2,5 ore è stata “Cosa può fare la Cina per accelerare la decarbonizzazione globale per raggiungere gli obiettivi di riscaldamento?” Una delle mie risposte è stata che potrebbe impegnarsi a costruire enormi quantità di energia eolica, solare, di stoccaggio e trasmissione come parte della BRI. Vedo questo studio come parte di una strategia da parte della Cina per realizzare l’economia energetica del futuro nell’Africa subsahariana, portando la regione fuori dalla povertà energetica nei prossimi decenni.

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