Cos E E Come Funziona La Filiera Dell Energia Elettrica
News | 18/7/2024
Cos'è e come funziona la filiera dell’energia elettrica?
La filiera dell'energia elettrica è un complesso sistema di processi e infrastrutture che porta l’elettricità nelle nostre case e ci permette di usarla per le nostre attività quotidiane. Comprendere come funziona la filiera è fondamentale per apprezzare l’intreccio e l'importanza dell'energia elettrica nelle vite di tutti noi e per valutare le sfide e le opportunità che presenta, in particolare nel contesto della transizione verso fonti energetiche più sostenibili.
La filiera dell’energia elettrica si articola su quattro livelli:
Produzione
Trasmissione
Distribuzione
Consumo
La produzione
A differenza del gas e dell’acqua, che sono già presenti in natura e che necessitano soltanto di essere estratti, l’energia elettrica va prodotta in maniera artificiale (esistono fonti di energia elettrica naturali, ma il recuperò dell’elettricità, ad esempio, dai fulmini è tutt’altro che semplice, a causa dell’altissima tensione con cui essi si abbattono sul terreno).
Le fonti da cui l’energia elettrica può essere prodotta sono diverse:
Centrali termoelettriche: in questi impianti, vengono utilizzati principalmente i combustibili fossili, come il gas, il carbone e derivati del petrolio. Questi attivano delle specifiche turbine a vapore che generano elettricità. Le centrali termoelettriche, tra le più usate per la produzione di elettricità, hanno, tuttavia, un enorme impatto sull’ambiente per via delle emissioni. Per questo, già da tempo, l’attenzione si sta orientando verso altre forme di produzione;
Centrali idroelettriche: in Italia, quello delle centrali idroelettriche rappresenta uno dei settori più importanti, grazie alla grande quantità di fonti idriche (fiumi, laghi, …) presenti nel nostro Paese. Esse permettono di produrre energia elettrica sfruttando la forza dell’acqua. Sono, quindi, alimentate da una fonte di acqua in movimento, proveniente da un fiume o da una diga. La forza del corso dell’acqua muove le turbine idrauliche che ruotano e generano energia meccanica, poi convertita in energia elettrica dal generatore elettrico rotante. Per quanto concerne l’impatto sull’ambiente, le centrali idroelettriche rappresentano sicuramente un passo in avanti rispetto a quelle termoelettriche, in quanto non producono emissioni inquinanti. Tuttavia, l’invasività di strutture come le dighe è piuttosto rilevante e motivo di attenzione già da qualche tempo;
Centrali termonucleari: le centrali nucleari sono caratterizzate dalla presenza di uno o più reattori, che riscaldano un fluido termovettore attraverso l'energia liberata dalle reazioni nucleari. Successivamente a questo primo processo, il fluido caldo in uscita dal reattore è inviato a un sistema che, attraverso un ciclo termodinamico, consente la produzione di energia elettrica. Quello sul nucleare per la produzione di energia elettrica è stato, ed è tutt’ora, uno dei dibattiti più accesi in Italia. In seguito al disastro di Cernobyl del 1987, l’Italia ha fatto un passo indietro rispetto al nucleare, rinunciando, però, ad una grande porzione di energia elettrica che, adesso, deve importare dall’estero (circa il 17% della domanda totale, ricevuto da Francia, Svizzera e Germania);
Sostenibilità
Fonti rinnovabili: per fortuna, la natura fornisce non pochi spunti per la produzione di energia elettrica attraverso fonti rinnovabili: vento, sole, giacimenti geotermici, ecc., sono solo alcune delle sorgenti da cui è possibile ricavare elettricità, permettendo, inoltre, di abbattere le emissioni di CO2 e abilitare un consumo più sostenibile.
La trasmissione
Una volta generata, l'energia elettrica deve essere trasportata dai luoghi di produzione ai centri di consumo. È a questo punto, quindi, che inizia il processo di trasmissione.
La trasmissione dell'energia elettrica, solitamente, viene effettuata utilizzando una rete di linee elettriche ad alta tensione (chiamata rete di trasmissione o griglia di trasmissione), caratterizzata da torri o pali e cavi conduttori che collegano le fonti di generazione alle sottostazioni e, successivamente, alle reti di distribuzione locali.
Durante il processo di trasmissione, al fine di evitare le perdite, l'energia elettrica viene innanzitutto trasformata in voltaggio. L'alta tensione, infatti, riduce la quantità di corrente richiesta per trasferire l’elettricità, diminuendo, in questo modo, le perdite causate dalla resistenza dei cavi. Le tensioni con cui le reti possono operare sono differenti: 110 kV, 220 kV, 400 kV sono alcuni degli esempi più comuni, ma esistono reti che operano anche a tensioni superiori (fino a 765 kV). Per trasferire, invece, l’energia elettrica su distanze molto lunghe, è possibile utilizzare anche la trasmissione in corrente continua, il cui vantaggio principale è rappresentato dalle minori perdite rispetto alla corrente alternata.
In Italia le funzioni di trasmissione e di dispacciamento dell'energia elettrica sono affidate alla società Terna, che opera in regime di monopolio naturale e all'interno di un mercato regolato.
La distribuzione
La terza fase della filiera dell’energia elettrica è quella della distribuzione, che porta l’elettricità dai nodi di trasmissione alle abitazioni, agli uffici e alle industrie attraverso le reti locali.
La distribuzione avviene in media tensione (valori ridotti a 10 kV, 15 kV, 20kV) e in bassa tensione (valori di 230 V e 400V). Il trasporto dell’energia elettrica, in questo frangente, per motivi principalmente tecnici ed economici, avviene sotto forma di corrente alternata trifase, ma per altri scopi particolari (come la trazione elettrica) è possibile vedere trasporti anche su corrente continua.
In relazione al valore di tensione trasportata, è possibile avere linee:
ad AAT (altissima tensione), per tensioni maggiori di 150 kV;
ad AT (alta tensione), per tensioni comprese tra 30 e 150 kV;
a MT (media tensione), per tensioni tra 1 e 30 kV;
a BT (bassa tensione), per tensioni minori di 1 kV.
La tensione, tuttavia, non è necessariamente costante durante il processo di trasmissione e distribuzione. In base alle esigenze del sistema, infatti, è solito convertire la tensione, aumentandola o riducendola, affinché raggiunga gli utilizzatori. Le strumentazioni che permettono tali cambiamenti sono dette trasformatori, mentre i luoghi in cui i livelli di tensione cambiano sono chiamati officine elettriche. Quest’ultime sono un complesso di apparecchiature contenute in una o più aree all’aperto e si distinguono in:
stazioni di trasformazione, che coinvolgono linee in altissima, alta e media tensione e, a loro volta si distinguono in stazioni annesse alle centrali di produzione (che aumentano la tensione fino a 380 kV) e stazioni di altissima/alta tensione (che trasformano i livelli di altissima tensione in livelli di alta tensione);
cabine di trasformazione, che coinvolgono le linee in alta, media e bassa tensione e si distinguono in primarie (le cui linee in media tensione alimentano le medie utenze industriali e le cabine secondarie) e secondarie (da cui inizia la distribuzione in bassa tensione).
Una volta trasformata, l’energia elettrica entra in una rete di distribuzione, per arrivare, poi, a destinazione presso il consumatore. Le reti di distribuzione, però, possono differire a seconda delle esigenze della continuità d’esercizio e, nello specifico, possiamo distinguere:
reti radiali;
reti ad anello;
reti magliate;
reti miste.
Nella distribuzione radiale, i carichi sono alimentati da un solo lato e le linee partono da un centro costituito dalle sbarre di una cabina. La rete radiale costa meno delle altre, per via del minor numero e sollecitazioni delle apparecchiature di manovra e protezione. Inoltre, ha il vantaggio di una migliore valutazione delle correnti di guasto e migliore individuazione dei guasti stessi. Gli svantaggi sono rappresentati dal fatto che il suo sistema rigido comporta una conseguente ripartizione dei carichi e mancanza di continuità d’esercizio in caso di guasto delle apparecchiature.
La rete di distribuzione ad anello prevede che i carichi siano alimentati da due lati, in maniera tale che la rete abbia una forma chiusa. Il vantaggio principale è la minore variazione di tensione al variare dei carichi e una maggiore sicurezza di alimentazione per l’utilizzatore, mentre gli svantaggi sono dati dagli elevati costi e dalla maggiore difficoltà di calcolo delle correnti sui vari tronchi dell’anello per la conseguente messa a punto delle protezioni.
Quando la corrente elettrica arriva da più di due lati, siamo in presenza di una rete magliata. Il vantaggio di quest’ultima è sicuramente una qualità migliore del servizio, derivata da un uso più efficiente di linee e trasformatori. Dall’altro lato, lo svantaggio principale è l’aumento dell’intensità di corrente di cortocircuito, ragion per cui le protezioni devono essere di funzionamento categoricamente sicuro.
La distribuzione mista, infine, consiste nella compresenza di strutture radiali e ad anello.
Il consumo
L'ultima fase della filiera è l'utilizzo dell'energia elettrica da parte dei consumatori finali. L’uso dell’elettricità, chiaramente, può avere fini differenti: dal consumo domestico (che include l'illuminazione, il riscaldamento, l'uso di elettrodomestici e dispositivi elettronici) a quello commerciale e industriale (produzione, i servizi e le attività commerciali).
Sul fronte del consumo, è stata determinante, da circa 25 anni a questa parte, la rivoluzione dello smart metering, che ha migliorato sensibilmente la gestione della domanda e dell'offerta, permettendo ai consumatori di monitorare e ottimizzare il proprio consumo energetico in tempo reale. Nel caso specifico del settore elettrico, il primo che in Italia ha conosciuto lo smart metering, si fa uso addirittura di contatori smart di seconda generazione, la cui efficienza nel recupero dei dati e nella comunicazione con i software del distributore sono maggiori in numero e in qualità.
Sul fronte dei consumatori, invece, sono diversi i fattori che contribuiscono a determinare il costo dell’energia elettrica. Il principale è, sicuramente, il mercato da cui l’offerta stessa viene, che può essere di due tipi: mercato libero, in cui produttori e grossisti nazionali ed esteri operano in regime di concorrenza, e mercato vincolato, che riguarda i clienti che possono riceverla esclusivamente dall’azienda elettrica posta sul territorio.
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