Le risorse energetiche rinnovabili sono in grado di sostenere gli sforzi globali per mitigare le emissioni di gas serra e limitare la gravità dei cambiamenti climatici. La loro distribuzione geografica, tuttavia, è irregolare e la loro disponibilità è sempre più plasmata dai cambiamenti climatici molto elevati che sono progettati per contrastare.

Distribuzione geografica delle risorse rinnovabili

La dotazione naturale delle fonti rinnovabili di energia varia notevolmente in tutto il pianeta, determinata dalla latitudine, dalla topografia, dalla circolazione atmosferica e dai cicli idrologici. Le risorse primarie – solare, vento, idroelettrico, geotermico e biomassa – hanno ciascuno schemi spaziali distinti che influenzano dove possono essere sviluppati in modo più economico ed efficiente.

Energia solare

Le zone solari più basse (PV) e quelle più soleggiate (CSP) sono più alte nelle regioni che ricevono un'ampia irradiazione diretta (DNI), mentre le zone più soleggiate sono generalmente situate nei deserti subtropicali e nelle zone aride, tra cui gli Stati Uniti sud-occidentale, i deserti del Sahara e dell'Arabia, il deserto di Atacama in Cile, e le grandi zone dell'Australia, dell'India e del Medio Oriente.

L’Agenzia Internazionale per l’Energia (IEA) stima che l’energia solare totale che raggiunge la superficie terrestre in un’ora sia sufficiente per soddisfare la domanda energetica globale per un intero anno. Tuttavia, sfruttando questo potenziale in scala richiede non solo un’irradiazione favorevole ma anche un’adeguata terra, accesso alla rete e supporto politico.

Energia eolica

Le risorse eoliche sono concentrate lungo le coste, sui passi di montagna, e attraverso vaste pianure piane pianeggianti dove la rugosità superficiale è bassa. I migliori siti onshore sono trovati nelle Grandi Pianure degli Stati Uniti, le steppe dell'Asia centrale, i pampas dell'Argentina, e le regioni costiere del Mare del Nord dell'Europa.

La tecnologia delle turbine è migliorata notevolmente, con rotori più grandi e torri più alte che permettono alle aziende eoliche di catturare venti più forti e meno turbolenti a quote più elevate. Questo ha aperto nuove aree di sviluppo, come le regioni forestate inizialmente pensato inadatto.

Energia

L'idroelettrica dipende da un'affidabile fuga dalle precipitazioni e dalla neve. Il più alto potenziale esiste nelle regioni montane con alte precipitazioni, come l'Himalaya (Nepal, Bhutan, Cina), le Ande (Colombia, Brasile, Perù), le Alpi europee e il Pacifico Nord-Ovest del Nord America. Le piante a corto raggio richiedono un flusso sostenibile, mentre i sistemi basati sui serbatoi possono gestire la variazione stagionale immagazzinando l'acqua durante i periodi di quota ambientale.

Il rapporto di valutazione IPCC] nota che il ritiro dei ghiacciai nell’Himalaya Kush indù e nelle Ande ridurrà la disponibilità a lungo termine dell’acqua per la diversificazione dell’energia idroelettrica. In molte regioni, i fattori di capacità idroelettrica sono diminuiti a causa della siccità.

Geotermico e Bioenergy

L'energia geotermica è legata all'attività tettonica e alle regioni vulcaniche. Il più alto potenziale è nell'anello del Pacifico del Fuoco (Indonesia, Filippine, Giappone, Nuova Zelanda, Stati Uniti occidentali), nell'Africa orientale (Kenya, Etiopia) e in Islanda. Poiché non è dipendente dal tempo, geotermia fornisce energia di base, ma la sua gamma geografica è limitata.

Impatto del cambiamento climatico sulle risorse rinnovabili

Il cambiamento climatico altera i sistemi atmosferici e idrologici che regolano la disponibilità delle risorse rinnovabili. Mentre alcune regioni possono vedere un maggiore potenziale, ad esempio, stagioni più lunghe per la biomassa o per una maggiore velocità del vento in alcune aree offshore, molti aspetti hanno ridotto l'affidabilità e una maggiore variabilità interannuale.

Energia solare sotto un clima di riscaldamento

Le temperature ambientali più elevate possono ridurre leggermente l'efficienza del fotovoltaico (circa lo 0,4% per °C), ma questo effetto è piccolo rispetto ai cambiamenti nella copertura del cloud e negli aerosol atmosferici. In molte regioni, i modelli climatici progettuali aumentano l'umidità nell'atmosfera, portando a una copertura più persistente del cloud in alcune aree di media latitudine, in particolare in inverno.

Un altro fattore emergente è il fumo e la polvere da fuoco. Negli Stati Uniti occidentali, Australia e Siberia, gli aerosol più frequenti e intensi rilasciano incendi che possono ridurre l'uscita solare del 20-30% per settimane alla volta. Allo stesso modo, le tempeste di polvere del deserto in Medio Oriente e India possono ricoprire pannelli e spargimento della luce solare.

Cambiamenti di energia eolica

I modelli del vento sono influenzati dal gradiente di temperatura tra l'equatore e i poli, che diminuisce man mano che l'Artico si riscalda più velocemente del resto del pianeta. Questo indebolimento del gradiente termico è previsto per ridurre la media di latitudine vicino alla superficie del vento velocità, in particolare in estate. Diversi studi utilizzando gli ultimi modelli climatici mostrano un calo del 5-15% della velocità media annuale del vento su gran parte delle regioni dell'emisfero settentrionale diminuiscono del 2050, con gli Stati Uniti.

Le implicazioni per gli sviluppatori di parchi eolici sono significative: i progetti con accordi di acquisto di energia basati su dati storici del vento possono essere insoddisfatti in condizioni future. I progetti di turbine possono essere adattati per operare efficacemente a velocità eoliche medie inferiori, mentre i siti offshore in aree precedentemente marginali potrebbero diventare più attraenti.

Affidabilità idroelettrica

Molte regioni montane stanno vivendo un ridotto snowpack, precedenti snowmelt, e più intense precipitazioni che portano ad inondazioni piuttosto che gestibili, flusso costante. L'IPCC segnala che sotto uno scenario di riscaldamento a 2°C, ghiacciai-fed bacini nelle Ande e Himalayas potrebbe vedere una riduzione del 20-40% nel runoff estivo della California, con gravi implicazioni per il calo del 30 % di energia solare.

Allo stesso tempo, eventi di pioggia più intensi in alcune regioni potrebbero aumentare il volume di deflusso annuale, ma questo spesso arriva in esplosioni concentrate che sono difficili da catturare e rischiare la sicurezza di diga. I tassi di sedimentazione sono anche in aumento in molti spartitiacque a causa di incendi e erosione glaciale, riducendo la capacità di serbatoio nel tempo. Queste sfide stanno conducendo un cambiamento verso progetti di corrente con minore conservazione e verso l'integrazione di energia idroelettrica con il miglioramento del mondo nei sistemi ibridiversi.

Impatti geotermici e bioenergici

Il geotermico è in gran parte privo di effetti climatici a breve termine, perché si trasforma in fonti di calore profonde. Tuttavia, la disponibilità di acque sotterranee a lungo termine può diventare un problema nelle regioni in cui l'estrazione pesante abbassa la tabella dell'acqua o dove siccità ridurre il carico per i sistemi idrotermali.

Strategie per il riassorbimento dell'energia rinnovabile

Per garantire che i sistemi di energia rinnovabile possano offrire energia affidabile e conveniente anche quando si evolvono le condizioni climatiche, i pianificatori, gli operatori e i responsabili politici devono adottare una serie di strategie di adattamento e mitigazione, che abbracciano l'innovazione tecnologica, la riprogettazione della griglia, i meccanismi di mercato e la gestione sostenibile delle risorse.

Diversificazione delle fonti energetiche

Un portafoglio diversificato che comprende solare, vento, idroelettrico, geotermico, e gas naturale flessibile o stoccaggio può fornire senza problemi attraverso i modelli meteorologici e le scadenze. Ad esempio, il mix di vento offshore, solare e interconnessi in Europa fornisce una certa resilienza contro le prolungate “siccità del vento” che possono durare settimane.

Una fattoria solare nel deserto sud-ovest può integrare il vento nelle Grandi Pianure e nell'energia idroelettrica nel Pacifico nord-ovest, riducendo la varianza globale del portafoglio. Gli acquirenti aziendali come Google e Amazon stanno sempre più perseguendo strategie di approvvigionamento multicontinentale rinnovabile per garantire la disponibilità di energia pulita intorno all'ora.

Conservazione dell'energia avanzata

L'accumulo di energia è un fattore critico per le griglie ad alta rinnovabilità. Le batterie agli ioni di litio sono impiegate per lo stoccaggio a breve durata (1-4 ore), che copre la domanda di picco e le fluttuazioni solari/vento.

Le innovazioni nello stoccaggio si stanno muovendo rapidamente. Le batterie allo stato solido promettono una maggiore densità energetica e sicurezza, mentre le tecnologie di lunga durata che utilizzano la chimica dell’aria di ferro o lo stoccaggio termico in sali fusi potrebbero fornire 10–100 ore di scarico. L’integrazione dello storage con le rinnovabili negli impianti “ibridi” colocati sta diventando pratica comune, permettendo agli operatori di catturare il vento di mezzogiorno o di notte e di inviarlo durante periodi di alto fabbisogno, migliorando l’utilizzo dell’attività e la stabilità della griglia.

Modernizzazione e flessibilità della griglia

L'aggiornamento delle reti di trasmissione per collegare le aree ricche di risorse con i centri di richiesta riduce il ridimensionamento e migliora l'affidabilità. Le linee ad alta tensione (HVDC) sono in fase di costruzione per trasportare l'energia eolica dal Mare del Nord all'Europa meridionale, e il solare dal Sahara all'Europa attraverso progetti come Xlinks.

I programmi di risposta alla domanda che spostano carichi industriali o residenziali a volte di elevata potenza rinnovabile possono ridurre la necessità di storage e generazione di backup. Gli inverter intelligenti, i controlli di carica del veicolo elettrico e le pompe di calore con stoccaggio termico agiscono come risorse di domanda flessibili. La rete giapponese, ad esempio, utilizza una combinazione di storage pompato e risposta alla domanda per integrare alti livelli di fotovoltaico solare, mentre la rete danese utilizza il commercio transfrontaliero con Norvegia e Svezia per gli esempi di variabilità del vento equilibrio.

Gestione sostenibile dell'acqua per idroelettrico

Per l'energia idroelettrica, la gestione integrata dell'acqua che considera gli usi concorrenti (agricoltura, acqua potabile, ecosistemi) è essenziale. L'adeguamento delle operazioni del serbatoio per abbinare i modelli di afflusso alterato, come la conservazione di più acqua durante la fusione precoce o il rilascio di meno durante la siccità, può mitigare gli impatti.

Politica e Design del mercato

I governi svolgono un ruolo chiave aggiornando le valutazioni delle risorse per incorporare le proiezioni climatiche, offrendo incentivi per lo stoccaggio e i progetti ibridi, e implementando i prezzi al carbonio per internalizzare i costi dei combustibili fossili. La Direttiva Europea per il backup dell’energia rinnovabile III include disposizioni per la cooperazione transfrontaliera e il supporto per l’accumulo di energia.

Gli investitori e i finanziatori chiedono sempre più un'analisi dello scenario climatico per progetti di energia rinnovabile, in particolare per le aziende idroelettriche e eoliche nelle regioni vulnerabili. La Task Force sulle aree di studio sui dati finanziari relativi al clima (TCFD) sta diventando standard, spingendo gli sviluppatori a rivelare come i rischi fisici potrebbero influenzare la produzione sulla vita del progetto.

In conclusione, la distribuzione e l'impatto delle risorse rinnovabili in un clima di riscaldamento non è una realtà statica ma un gioco dinamico che richiede un monitoraggio continuo, una pianificazione adattativa e un'innovazione tecnologica.