Gli scienziati hanno utilizzato modelli open source per simulare scenari di lancio di pompe di calore per l'anno 2030. Ulteriori investimenti di circa 54 GW-57 GW di capacità solare fotovoltaica in una soluzione a basso costo consentirebbero l'installazione di 10 milioni di pompe di calore entro la fine del decennio.
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Immagine: Istituto tedesco per la ricerca economica (DIW Berlino), Communications Earth & Environment, CC BY 4.0
I ricercatori del German Institute for Economic Research (DIW Berlin) hanno analizzato diversi scenari per l'espansione delle pompe di calore decentralizzate in Germania entro il 2030. Si sono concentrati sul ruolo dell'accumulo di calore tampone nell'attenuazione del fabbisogno di elettricità e sull'effetto di diversi metodi di generazione di elettricità su costi, investimenti di capacità ed emissioni. Hanno scoperto che investire nel fotovoltaico può accompagnare in modo economicamente conveniente l'implementazione delle pompe di calore.
"Nella nostra analisi, utilizziamo il modello open source di espansione della capacità TEASER che considera la variabilità oraria della generazione di elettricità rinnovabile e della domanda di calore per un anno intero", ha spiegato il team. "Considera anche il carico elettrico aggiuntivo correlato ai veicoli elettrici e alla produzione di idrogeno verde. Per quanto ne sappiamo, un'analisi del genere non è stata ancora condotta".
Nel primo scenario testato, lo scenario di riferimento, il team ha ipotizzato 1.7 milioni di pompe di calore decentralizzate nel 2030, riflettendo lo stock di pompe di calore installate in Germania nel 2024. Ha inoltre ipotizzato 24.7 TWh di fornitura di calore all'anno. Lo scenario di lancio lento ha ipotizzato che il numero di pompe di calore avrebbe raggiunto i 3 milioni entro il 2030, installate esclusivamente in case mono e bifamiliari costruite tra il 1995 e il 2009. In quel caso, il calore annuale fornito avrebbe raggiunto i 53.2 TWh.
Nello scenario di lancio governativo, il team ha ipotizzato di raggiungere gli obiettivi ufficiali tedeschi di 6 milioni di pompe di calore nel 2030, coprendo la maggior parte delle case mono e bifamiliari costruite dopo il 1995 e utilizzando 92.9 2 TWh all'anno. Infine, hanno suggerito uno scenario rapido in cui 10 milioni di pompe di calore vengono installate entro il 2030, fornendo 226.3 TWh di calore. In questo scenario, le pompe di calore verrebbero installate in più case mono e bifamiliari, anche quelle vecchie costruite prima del 1979 con standard di efficienza energetica molto bassi.
"In tutti i tipi di edifici, le pompe di calore ad aria rappresentano l'80% delle pompe di calore installate e le pompe di calore geotermiche rappresentano il restante 20%", ha spiegato il team. "La dimensione presunta dell'accumulo di energia è espressa in rapporti energia/potenza (E/P) che vanno da 0 a 168 h (0, 2, 6, 24 e 168 h). In questa terminologia, un accumulo di calore con un rapporto E/P di 2 h ha una capacità di accumulo di calore totale che equivale a 2 h della massima potenza termica della pompa di calore".
Per il mix energetico nella simulazione, il gruppo ha fissato un tetto massimo per le centrali elettriche a carbone e a petrolio ai livelli attuali. Le centrali elettriche a gas, a ciclo aperto (OCGT) e a ciclo combinato (CCGT) potrebbero essere ampliate oltre i livelli attuali. Sulla base delle statistiche governative, gli impianti eolici onshore sono stati limitati a 115 GW e quelli offshore a 30 GW. Le capacità del solare fotovoltaico non hanno limiti.
"Abbiamo scoperto che l'espansione dello stock di pompe di calore tedesche da 1.7 a 10 milioni richiederebbe investimenti aggiuntivi di circa 54-57 GW di capacità solare fotovoltaica in una soluzione a basso costo, a seconda di quanto accumulo di calore è disponibile", hanno affermato gli accademici. "Per una velocità di implementazione più lenta, che comunque raggiunga l'obiettivo del governo tedesco di 6 milioni di pompe di calore entro il 2030, sono necessarie capacità fotovoltaiche aggiuntive di circa 4-8 GW".
Secondo gli accademici, rispetto allo scenario di riferimento, l'implementazione governativa farà risparmiare alla Germania 2.0-6.7 miliardi di euro all'anno, a seconda dei prezzi del gas naturale, che si presume siano compresi tra 50 e 150 euro/MWh. Nel caso di un'implementazione rapida, i risparmi ammonterebbero fino a 27.1 miliardi di euro all'anno.
"L'introduzione di un accumulo di calore con un rapporto E/P di 2 ore (h) riduce la necessità di capacità solari fotovoltaiche aggiuntive, ad esempio 6 GW anziché 8 GW aggiuntivi nell'implementazione governativa rispetto al riferimento", hanno concluso gli scienziati. "Inoltre, la necessità di accumulo di batterie è ridotta di circa 7 GW rispetto al caso senza accumulo di calore nell'implementazione governativa e di 5 GW rispetto al riferimento".
I loro risultati sono stati introdotti in “Benefici del settore energetico delle pompe di calore flessibili negli scenari del 2030”, pubblicato in Comunicazioni Terra e ambiente.
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Fonte da rivista pv
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