15.1 Introduzione
Il passaggio verso un sistema energetico pienamente sostenibile richiederà in parte il passaggio da un sistema centralizzato di generazione e distribuzione a un sistema decentrato, a causa dell’aumento delle tecnologie di generazione decentrata dell’energia che utilizzano la radiazione eolica e solare sul tetto. Inoltre, l’integrazione dei settori del calore e dei trasporti nel sistema elettrico comporterà un aumento molto significativo della domanda di picco. Tali sviluppi richiedono adeguamenti massicci e costosi all’infrastruttura energetica, mentre l’utilizzo degli attivi di produzione esistenti dovrebbe scendere dal 55% al 35% entro il 2035 (Strbac et al. 2015). Ciò rappresenta una sfida importante, ma anche un’opportunità: se i flussi energetici possono essere bilanciati localmente in microgrids, la domanda di costosi aggiornamenti infrastrutturali può essere ridotta al minimo, fornendo al contempo maggiore stabilità alla rete principale. Per questi motivi, «le microgriglie sono state identificate come un componente chiave della Smart Grid per migliorare l’affidabilità e la qualità dell’alimentazione e aumentare l’efficienza energetica del sistema» (Strbac et al. 2015).
Le microreti possono fornire resilienza e flessibilità tanto necessarie, e sono quindi suscettibili di svolgere un ruolo importante nel sistema energetico del futuro. Si stima che entro il 2050 oltre la metà delle famiglie dell’UE produrrà la propria energia elettrica (Pudjianto et al. 2007). È quindi necessario sbloccare risorse flessibili all’interno delle microreti per bilanciare la generazione intermittente di energia rinnovabile.
I sistemi agricoli urbani, come l’acquaponica (dos Santos 2016), possono fornire questa necessaria flessibilità energetica (Goddek e Körner 2019; Yogev et al. 2016). Le piante possono crescere all’interno di una vasta gamma di condizioni esterne, poiché sono abituate a farlo in natura. Lo stesso vale per i pesci in un sistema di acquacoltura, che può prosperare in un ampio intervallo di temperatura. Queste condizioni operative flessibili consentono un effetto buffering sui requisiti di energia in ingresso, creando un ampio grado di flessibilità all’interno del sistema. L’elevata massa termica incorporata nel sistema di acquacoltura consente di immagazzinare grandi quantità di calore all’interno del sistema. Le luci possono essere accese e spente a seconda dell’abbondanza di elettricità, consentendo di ridurre sostanzialmente la produzione di elettricità in eccesso trasformandola in biomassa preziosa. Le pompe possono essere azionate in sincronia con i tempi di generazione di potenza di picco (es. mezzogiorno) per limitare la potenza netta di picco (rasatura di picco). Le unità di distillazione ottimali (cap. 8) hanno anche una domanda di calore molto flessibile e possono essere disattivate non appena c’è un eccesso di fornitura di calore o elettricità (cioè la pompa di calore convertirebbe l’energia elettrica in energia termica). Tutti questi aspetti rendono i sistemi aquaponici adatti a fornire flessibilità a una microgriglia.
Oltre a fornire flessibilità nel consumo, un sistema acquaponico multi-loop può essere ulteriormente integrato per fornire anche flessibilità nella produzione. Il biogas è prodotto come sottoprodotto dall’UASB nell’impianto acquaponico. Questo biogas può essere bruciato per produrre sia calore che energia, incorporando un micro-cogenerazione nella microgriglia. L’integrazione di sistemi aquaponici all’interno delle microgriglie può quindi aumentare la flessibilità energetica sia sul lato della domanda che dell’offerta.