Soluzioni

Nonostante ancora oggi molte persone non abbiano alcun accesso all’energia, l’obiettivo dell’accesso universale può essere raggiunto anche nelle aree più remote. Questa è una buona notizia, l’obiettivo è realizzabile grazie alle tecnologie contemporanee.

Contesti, bisogni e risorse differiscono ampiamente nel mondo, perciò non esiste una singola soluzione che renda l'accesso all’energia sostenibile ed efficace a lungo termine ovunque.

Una strategia efficace per l’accesso all'energia deve essere il risultato di una combinazione di politiche e tecnologie appropriate, introdotte e gestite da una varietà di attori con ruoli e responsabilità diverse.

Questa sezione presenta varie soluzioni, esamina l’utilizzo di diverse fonti energetiche, tecnologie e modelli di business ed evidenzia l'importanza dell’istruzione e del rafforzamento delle competenze.

Risorse energetiche

Il modo in cui è prodotta l’energia oggi è il risultato di scelte passate. Storicamente l’utilizzo di combustibili fossili (petrolio, gas naturale e carbone) è stato dominante e la tecnologia per i combustili fossili è molto avanzata e ampiamente diffusa al giorno d’oggi. Tuttavia, l’uso dei combustibili fossili deve essere ridotto drasticamente poiché contribuisce pesantemente alla concentrazione di gas serra nell'atmosfera e al conseguente rischio di cambiamento climatico.

Oggi vi è una crescente attenzione verso le fonti di energia pulite e rinnovabili per la loro maggiore sostenibilità ambientale. Le fonti rinnovabili hanno spesso i vantaggi della disponibilità in loco, adattabilità alle comunità isolate e necessità di minori investimenti.

Tuttavia, anche le fonti rinnovabili devono essere verificate per la l’adattabilità ai diversi contesti. Infatti in alcuni casi esse possono avere, a loro volta, impatti ambientali indesiderati. Generalmente sarebbe improprio utilizzare modelli prevalenti nelle economie industrializzate per fornire accesso all’energia altrove

Energia solare

L’energia solare è la più abbondante tra le fonti energetiche rinnovabili. L’impiego di questa risorsa energetica è particolarmente interessante nella maggior parte dei paesi in via di sviluppo grazie all'elevato valore di radiazione solare disponibile alle loro latitudini (per esempio, in Africa orientale il valore medio è di 2500 kWh/m2 contro i 1400 – 2300 kWh/m2 in Europa e Stati Uniti).

La radiazione solare viene convertita in energia elettrica grazie all'utilizzo di generatori fotovoltaici (‘solar PhotoVoltaic generators’ - SPV o semplicemente PV) composti solitamente da silicio monocristallino o policristallino. La potenza generata da ogni pannello solare è tipicamente tra gli 80 e i 200 W, con un'efficienza di conversione energetica tra il 15 e il 18%. I sistemi SPV necessitano di batterie, invertitori e cablaggio per il collegamento elettrico. I vantaggi di questa tecnologia sono l’elevata affidabilità, la lunga durata el’assenza di parti in movimento.

I sistemi fotovoltaici hanno innumerevoli applicazioni nelle zone rurali meno sviluppate. I generatori SPV possono essere usati per fornire luce ed elettricità nelle case, nelle scuole, nei centri sanitari e nelle fabbriche, possono essere sistemi a base comunitaria eventualmente collegati a mini-reti elettriche.

Il fotovoltaico non è l'unico modo per sfruttare la radiazione solare nelle aree rurali: le cucine solari rappresentano un’ulteriore opzione che può essere usata per cucinare sostituendo stufe inefficienti o l’utilizzo del fuoco a cielo aperto.

Energia eolica

Secondo l'Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA), la produzione mondiale di energia eolica è oggi presente in 100 paesi e soddisfa più del 6% della domanda globale di energia elettrica.

L'energia eolica viene catturata da turbine collegate a un generatore che la converte in energia elettrica, con un tasso di efficienza del 35%. Le aree rurali, dove la velocità del vento è generalmente superiore rispetto alle aree urbane, sono particolarmente adatte per questa tecnologia.

Le piccole turbine (pico o micro turbine con una potenza di pochi kilowatt) sono molto semplici. Questi strumenti possono essere realizzati e mantenuti da produttori locali in modo da generare elettricità e fornire illuminazione nelle case, ricaricare i telefoni cellulari, radio, ecc… Le turbine eoliche possono anche essere collegate a una rete elettrica o abbinate ad un sistema fotovoltaico.

Una volta che il sistema viene predisposto, i costi operativi sono quasi nulli e consistono solo in una pulizia e lubrificazione generale.

Energia idroelettrica

La produzione idroelettrica è la più matura tra le tecnologie di energia rinnovabile esistenti, e secondo l’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA) soddisfa il 19% della domanda globale di energia e ha un’efficienza di conversione che raggiunge il 90%. Con turbine idrauliche si converte la potenziale energia idrica in energia meccanica, che può essere usata per far funzionare macchinari o essere trasformata in energia elettrica attraverso l’utilizzo di un generatore.

I sistemi idroelettrici di piccola dimensione normalmente utilizzati in contesti rurali sono in grado di generare energia per case, ospedali e scuole. Questi possono essere disposti nelle abitazioni, essere di utilizzo comunitario o connessi a micro reti. La potenza di un mini impianto idroelettrico può variare da pochi kilowatt ad alcuni megawatt. La tecnologia dei piccoli impianti idroelettrici è un’importante soluzione energetica, che può favorire la creazione di occupazione e incentivare l’uso produttivo dell’energia, generando reddito e sviluppo sociale delle comunità.

Questa tecnologia richiede generalmente opere di canalizzazione e una costruzione per proteggere il generatore, ma richiede poca manutenzione.

Energia da biomasse

Il termine "biomassa" è usato per indicare tutta la materia organica che contiene l'energia solare accumulata attraverso la fotosintesi. La biomassa può essere utilizzata per generare elettricità e calore e produrre biocombustibili.

Sono molti i processi utilizzabili per sfruttare i diversi tipi di biomassa: combustione, gassificazione, pirolisi, liquefazione, digestione anaerobica, fermentazione ed esterificazione. Un esempio di utilizzo delle biomasse è la produzione di biogas. Milioni di sistemi a biogas sono attualmente in uso nelle aree rurali. Il costo di questa tecnologia è relativamente basso. Gli scarti domestici, i rifiuti umani e il letame possono essere utilizzati per produrre biogas che può quindi essere impiegato come combustibile per cucinare o per l'illuminazione nelle case o in piccole comunità.

La biomassa è considerata a "zero emissioni di CO2", perché, se la catena produttiva è gestita correttamente, le emissioni di CO2 sono compensate dalla crescita di nuova biomassa.

Combusitibili fossili

I combustibili fossili sono considerati fonti non rinnovabili perché il loro ciclo vitale risale a milioni di anni fa e perciò sono disponibili in quantità limitata. La categoria riguarda tutta la produzione energetica basata su: carbone, petrolio e gas naturale. Il generatore diesel è la tecnologia a combustibili fossili più comunemente utilizzata nelle aree rurali: una tecnologia semplice e consolidata chesoddisfa efficacemente la domanda di energia nelle aree rurali, anche se necessita di molta manutenzione e di affrontare costi elevati per il combustibile (incluso il trasporto).

Le emissioni di gas serra (‘GreenHouse Gases’ – GHGs) scaturite dall’impiego dei combustibili fossili, contribuiscono largamente al pericolo del cambiamento climatico. I diversi combustibili fossili hanno effetti differenti: la stessa quantità di elettricità produce emissioni 2,5 volte maggiori se generata dal carbone rispetto al gas naturale. Il diesel sta nel mezzo.

Nei sistemi off grid o mini grid, il generatore diesel può essere abbinato a fonti di energia rinnovabile in un sistema ibrido così da ottenere una maggiore affidabilità e migliorare la continuità della fornitura. I combustibili fossili, se bruciati in stufe efficienti, possono essere utilizzati anche per cucinare in maniera più sostenibile.

Quando il petrolio viene estratto da giacimenti in cui il gas si trova associato al petrolio, emergono grandi quantità di gas naturale. Il gas viene solitamente bruciato in atmosfera (gas flaring) perché il suo sfruttamento non è economicamente vantaggioso. In molte regioni del mondo è in corso uno sforzo per utilizzare questo gas ed eliminare il flaring.

Tecnologie

La tecnologia gioca un ruolo importante nella sfida per l’accesso all'energia, non solo per la produzione di elettricità o di calore per cucinare o scaldarsi (si veda la sezione ‘Risorse Energetiche’) ma anche nel trasporto e distribuzione dell’elettricità. Le nuove tecnologie possono migliorare le prestazioni, l’affidabilità e ridurre i costi.

L’elettricità può essere inviata agli utenti attraverso reti in cui le tecnologie ‘smart grid’(rete di distribuzione intelligente) possono offrire soluzioni nuove. In comunità remote essa può essere fornita attraverso mini reti isolate o sistemi stand-alone, in cui è possibile applicare anche le tecnologie intelligenti. Le tecnologie di misurazione sono utili per controllare i consumi e facilitare nuovi metodi di pagamento. Lo stoccaggio. I sistemi ibridi forniscono flessibilità e adattabilità. Lo sviluppo di tecnologie intelligenti comporta vantaggi sia per i mercati energetici emergenti che per quelli maturi. Le tecnologie energetiche possono essere anche usate per soddisfare bisogni primari di acqua e cibo.

Aumentare l’efficienza energetica dei dispostivi per gli utenti è strategico anche per risolvere il problema della scarsità energetica, specialmente nelle mini – reti e nei sistemi isolati. Le tecnologie devono soddisfare le esigenze dei destinatari ed essere adeguate dal punto di vista sociale e ambientale. L’introduzione di una nuova tecnologia deve spesso tenere conto della capacità di ricezione dell'utente e accompagnarsi a una strategia di crescita delle competenze locali, per rendere l'infrastruttura davvero utile e sostenibile nel lungo periodo.

teconologie per le reti e la produzione

Reti di trasmissione e distribuzione ad alta, media e bassa tensione inviano energia elettrica dai siti di produzione ai consumatori. Oggi, la maggioranza dei sistemi elettrici nel mondo, è caratterizzata da generatori potenti e grandi reti.

La sfida è ridurre l'impatto negativo sull'ambiente ma soddisfare la crescente domanda di energia, rendendo l'accesso universale. Esistono varie tecnologie che si differenziano in termini di costi, impatto ambientale, nonché nella loro adattabilità a varie dimensioni e esigenze di bilanciamento del sistema.

Lo sviluppo di nuove reti è una priorità per i paesi in via di sviluppo. Talvolta le aree periferiche di un paese potrebbero essere raggiunte dalla rete di un paese confinante ma occorrono accordi specifici. Quando si tratta di raggiungere aree remote un’estensione della rete potrebbe essere difficile e costosa, quindi sono preferibili soluzioni alternative. Le reti sono monopoli naturali e le regole di connessione devono essere ben definite per aprire possibilità di sviluppo ai produttori indipendenti.

Mini reti

Le mini-reti sono spesso il modo migliore per garantire l’accesso all’elettricità nelle aree isolate. Possono essere progressivamente ampliate per raggiungere nuovi utenti ed essere successivamente integrate in grandi reti.

Le principali caratteristiche dei progetti delle mini - reti sono l’impiego di un mix di fonti energetiche e la potenza installata totale inferiore a 5 MW.

La maggior parte delle mini-reti è alimentata da generatori diesel ma il recente sviluppo tecnologico e la riduzione dei costi rendono le fonti rinnovabili ideali per alimentare i sistemi di mini-reti, con i generatori diesel utilizzati per fornire servizi di riserva. La maggior parte delle aree remote possiede numerose fonti di energia rinnovabile, mentre il trasporto dei combustibili fossili è costoso e la sua conversione in energia elettrica è spesso inefficiente.

Un sistema di mini-reti deve affrontare le stesse problematiche di un sistema complesso, in termini di sviluppo della capacità, gestione del carico e bilanciamento del servizio. Il bilanciamento tra domanda e offerta potrebbe rivelarsi un problema, specialmente quando le mini-reti si affidano a fonti di energia rinnovabili non continuative.

Le tecnologie di stoccaggio sono componenti essenziali in molti dei progetti di mini-reti. L’adozione di soluzioni efficienti per gli utenti è a sua volta una variabile importante nella progettazione delle mini-reti. Vi è infatti una stretta correlazione tra la diffusione delle mini-reti e lo sviluppo di tecnologie intelligenti (‘smart grid technologies’) nei mercati più avanzati. L’integrazione tra piccole unità di generazione e soluzioni avanzate di gestione del carico è fondamentale per progettare le smart grid del futuro.

I diritti di concessione e altri aspetti regolatori delle mini-reti, come la definizione delle tariffe, possono differire tra paesi e regioni. In alcuni casi sono stabiliti da un’autorità centrale o da un’agenzia rurale che decide le regole, in altri non ci sono regole stabilite per le mini-reti e il mercato si sviluppa liberamente, con possibili problemi di continuità temporale e di coerenza tra aree differenti.

Sistemi isolati

Un sistema isolato di solito fornisce energia elettrica a un singolo utente. La produzione può essere limitata a pochi watt per servizi di base come la luce, la ricarica di telefoni cellulari e radio di un’abitazione distante, o può avere una maggiore capacità e fornire energia in grado di soddisfare la domanda di attività commerciali (negozi, hotel), manifatturiere o di servizi pubblici (ospedali, scuole).

La recente riduzione dei costi di alcune tecnologie rinnovabili e dei suoi componenti di sistema (invertitori, dispositivi di controllo o d’interfaccia) rende la realizzazione di sistemi isolati più accessibile che nel passato. Alcune politiche energetiche nazionali e regionali hanno fissato degli obiettivi per la diffusione dei sistemi isolati, in modo da colmare il divario tra le aree del paese nell’accesso all’energia.

Tuttavia, la diffusione di sistemi isolati è grandemente ostacolata dalle limitate competenze tecniche disponibili nelle aree più remote. L’installazione e la manutenzione a lungo termine, quindi, rappresentano degli ostacoli alla loro diffusione e utilizzo in aree remote, a meno che i progetti non siano accompagnati da una formazione tecnica della manodopera locale. Il costo iniziale potrebbe essere coperto dagli utenti immediatamente o distribuendo l’onere su un periodo più lungo con il ricorso, ad esempio, ai contatori pre-pagati o a modelli di microcredito. Non esiste un solo modello di business di successo e negli anni si è vista la riuscita di parecchie soluzioni innovative.

Connessione e misurazione

La misurazione del consumo di elettricità da parte degli utenti è essenziale per la fatturazione e per la sostenibilità economica dei sistemi energetici. Esistonovarie tecnologie per la misurazione, dai semplici ed economici fusibili ai contatori avanzati.

Il costo del contatore e della connessione iniziale è spesso un ostacolo all'accesso all'energia per i consumatori più poveri, e per questo i contatori prepagati sono sempre più utilizzati per alleggerire il carico dell’investimento iniziale e garantire il pagamento da parte dei consumatori. La sinergia tra telecomunicazioni ed energia offre nuove soluzioni di misurazione e fatturazione che possono essere adottate sia nelle mini-reti che nei sistemi isolati. In più, i contatori possono fornire altri servizi utili per la gestione del sistema. I contatori bi-direzionali, ad esempio, sono essenziali per misurare i consumi netti, mentre i contatori intelligenti (‘smart meters’) aiutano a fornire i servizi di DSM (Demand Side Management) che gestiscono la domanda per il bilanciamento e l’ottimizzazione del sistema.

In alcune regioni l’elettricità non fatturata o non pagata può arrivare a essere più di un terzo del consumo finale. Questi guadagni mancati, chiamati perdite non tecniche, sottraggono risorse economiche agli investimenti per le infrastrutture energetiche. Ma non è facile porre in atto regole e politiche per ridurre le perdite non tecniche.

Efficienza energetica

Gli apparecchi e le attrezzature utilizzate dai consumatori sono importanti per i sistemi energetici quanto le tecnologie di produzione di energia. Una maggiore efficienza energetica significa che la stessa qualità dei servizi può essere assicurata con un minore apporto energetico. L’efficienza energetica aumenta la produttività locale di una determinata fonte energetica, supporta la crescita economica e riduce i costi per i cittadini. Più alto sarà il livello di efficienza energetica di un paese, più bassa sarà la domanda di elettricità e i picchi di carico del sistema, con conseguenze positive per l’economia e l’impatto ambiente.

L'iniziativaSustainable Energy for All’ mira a raddoppiare il tasso di miglioramento dell’efficienza energetica a livello globale entro il 2030.

Le tecnologie ad alta efficienza possono essere promosse attraverso politiche, meccanismi di mercato e campagne d’informazione appropriate. L'introduzione e la diffusione di tecnologie efficienti nei paesi in via di sviluppo pone sfide aggiuntive. L’efficienza energetica richiede un contesto in cui la certificazione dei prodotti sia possibile e le informazioni sui costi e i benefici delle soluzioni energeticamente efficienti siano disponibili agli utenti.

Nelle aree non raggiunte dall’elettricità, più alta è l'efficienza energetica dei consumatori, più è vantaggioso utilizzare i sistemi isolati,rispettoa estendere la rete.La fornitura dei servizi elettrici elementari, come l’illuminazione, può essere ottenuta con tecnologie più efficienti rispetto al passato. Se sono utilizzati i LED è sufficiente un impianto fotovoltaico a bassa capacità per fornire l’illuminazione alle abitazioni in zone remote, dove i bassi consumi non giustificherebbero i costi per l’estensione della rete.

Clean cooking solutions

Vi sono varie tecnologie per cucinare in modo efficiente e con basso impatto ambientale disponibili sul mercato. L’adozione di queste tecnologie pulite riduce la necessità di usare legna come combustibile, diminuendo così le emissioni di fumo all'interno delle case.

Una soluzione per cucinare ‘pulita’ può essere progettata con lo scopo primario di aumentare l’efficienza energetica o di ridurre l’inquinamento all’interno delle abitazioni. I costi variano a seconda dal contesto in cui essa è introdotta. Le stufe possono essere prodotte localmente a costi bassi o nulli, o possono essere acquistate. Deve essere tenuto in considerazione il reddito, le abitudini della comunità e la disponibilità locale dei combustibili.Stufe molto efficienti possono essere molto rigide nel richiedere l’utilizzo di un combustibile specifico e costoso, mentre stufe meno efficienti possono non presentare vantaggi rispetto al classico focolare a tre pietre. Le tecnologie cambiano a seconda dei contesti rurali e urbani.

L'introduzione di tecnologie pulite per cucinare è legata strettamente agli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile*, in particolare a quelli per la salute e l’uguglianza di genere, poiché le donne sono più esposte alle emissioni di fumo all’interno delle case, e perché la raccolta di legna da ardere, che richiede tempo, nella maggior parte dei casi è responsabilità femminile. La raccolta e l’utilizzo del legname sono anche causa di deforestazione e conflitti locali.

Esistono vari programmi e politiche a livello nazionale che si concentrano sulla diffusione di queste tecnologie ‘pulite’ per cucinare. Maggiori informazioni su alcune di queste possono essere trovate nella sezione ‘Iniziative’ di questo sito.

*Il raggiungimento degli Obiettivi di Sviluppo Sostenibile è previsto dall'Agenda 2030 per lo Sviluppo Sostenibile delle Nazioni Unite.

 

Sostenibilità e sviluppo delle competenze

Qualsiasi progetto ideato e realizzato per fornire accesso all'energia moderna deve essere sostenibile nel lungo periodo da tre punti di vista: economico, sociale e ambientale. Questo requisito deve essere considerato attentamente fin dall'inizio del progetto.

Per essere efficaci e utili, le politiche e le tecnologie di accesso all’energia devono essere:

a) economicamente sostenibili, cioè in grado di generare le entrate necessarie per assicurare la manutenzione, il recupero dell'investimento e il pagamento dei salari dei dipendenti. Donazioni e volontariato possono inizialmente agevolare, ma non vanno dati per scontati nel lungo periodo. Bisogna valutare la disponibilità dei consumatori a pagare i servizi energetici, e per questo i costi devono essere sostenibili. Un progetto può avere un impatto economico positivo sullo sviluppo locale facilitando l’avvio di attività, inizialmente per fornire la manutenzione e i servizi complementari;

b) socialmente sostenibili, cioè in linea con le esigenze e le aspettative della popolazione locale e in grado di incoraggiare comportamenti cooperativi; 

c) 
sostenibili a livello ambientale, cioè devono rispettare le risorse naturali locali e, se possibile, avere un impatto positivo sulle questioni ambientali globali.

Il monitoraggio e la valutazione dei progetti e delle politiche energetiche esistenti possono contribuire a comprendere meglio la sfida della sostenibilità.

Formazione e sviluppo delle competenze

Dal momento che non vi è una sola strategia o una soluzione ottimale per la sfida dell’accesso all’energia, la formazione deve essere pianificata tenendo in considerazione le diverse situazioni: l’economia nazionale, il mercato energetico locale, la cultura e le circostanze locali e la disponibilità di risorse ambientali.

Per lo sviluppo delle infrastrutture è necessario un grande impegno formativo.

La formazione deve essere eseguita a tutti i livelli della società, dai livelli più alti nelle università alle persone del luogo che saranno responsabili per la manutenzione quotidiana dei nuovi apparecchi installati. La formazione deve considerare i contesti locali, le capacità di apprendimento dei beneficiari e le opportunità del mercato del lavoro per il personale qualificato. La formazione in materia di energia può essere fornita da programmi specifici per lo sviluppo delle competenze e può anche diventare parte del curriculum formativo nazionale.

Alcune tecnologie e soluzioni importanti per l’accesso all’energia in aree rurali sono state introdotte negli ultimi anni; è quindi fondamentale aggiornare i programmi di studio.

Proprietà e modelli di business

La proprietà locale richiede un livello adeguato di competenze tecniche e manageriali. In vari contesti sono in sperimentazione e implementazione modelli innovativi di business per i servizi energetici e diverse forme di proprietà, come le cooperative locali e le iniziative miste pubblico/private.

A oggi, non esiste un modello di business unico che abbia dimostrato di essere il più efficace per la diffusione dei servizi energetici. La vendita di energia elettrica, i sistemi di generazione isolati e le tecnologie pulite per cucinare devono affrontare sfide diverse e richiedono competenze differenti per avere successo.

Le istituzioni pubbliche, le imprese private e le organizzazioni non-profit giocano ruoli importanti che possono spesso essere abbinati in modo costruttivo. Il micro-credito e la finanza etica possono a loro volta giocare un ruolo importante nei modelli di business innovativi che intendono fornire servizi energetici nelle regioni isolate.