il matrimonio

Smart building e smart mobility: un’alleanza strategica sulla via della sostenibilità

La combinazione tra smart buildings e smart mobility non è semplice, ma i numeri indicano le opportunità di una strategia in tal senso, che presenterebbe indiscutibili vantaggi anche dal punto di vista economico per l’utente, sia esso il proprietario dell’edificio o del veicolo elettrico. Vediamo vantaggi e problemi

26 Gen 2022
Niccolò Aste

Politecnico di Milano

Claudio Del Pero

Politecnico di Milano

Foto di Tumisu da Pixabay

Il settore dell’edilizia, responsabile del 40% del consumo globale di energia e del 45% delle emissioni inquinanti, gioca un ruolo strategico nelle strategie di decarbonizzazione, transizione energetica e sviluppo sostenibile. Gli edifici, in quanto entità ad alta intensità energetica, devono essere trasformati in strutture a emissioni zero, integrate in sistemi energetici dinamici e interattivi.

L’innalzamento dei livelli prestazionali deve tenere conto delle criticità legate ai cambiamenti climatici e alle emergenze ambientali connesse, imponendo nuovi paradigmi funzionali, ad esempio per consentire uno sfruttamento efficace delle fonti energetiche rinnovabili.

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La possibile alleanza funzionale tra edifici “Zero Energy” e mobilità sostenibile

Tecnologie giunte alla piena maturità e perfettamente integrabili negli organismi edilizi consentono il raggiungimento del livello Zero Energy Building, rispetto al quale l’edificio stesso è in grado di produrre tanta energia quanta ne consuma. Il problema residuo consiste nello sfasamento tra generazione e sfruttamento in loco dell’elettricità solare. In media, infatti, all’incirca solo un terzo viene utilizzato direttamente, mentre la restante frazione dev’essere accumulata o scambiata con la rete. Questa necessità, però, comporta un aumento dei costi (installazione, gestione e dismissione delle batterie) e rischia sul lungo periodo di sovraccaricare le infrastrutture di distribuzione (picchi di immissione). Si deve comunque sottolineare come, al giorno d’oggi, un edificio efficiente non possa non essere contemporaneamente uno smart building, in grado di regolare, ottimizzare e interfacciare opportunamente con l’esterno la propria prestazione energetica attraverso l’impiego di tecnologie BEMS e ICT.

In una logica sistemica, allora, non si può continuare a operare per compartimenti stagni, ma è necessario trovare sinergie tra settori diversi che, evolvendosi in continuazione, presentano nuove necessità e opportunità.

In questo senso, un ambito di particolare interesse è rappresentato dalla cosiddetta mobilità sostenibile. Veicoli elettrici, alimentati da fonte rinnovabile, che porterebbero nel lungo periodo a diminuire drasticamente gli impatti legati al settore dei trasporti, ancora pesantemente condizionato dall’economia del petrolio. Bisogna infatti considerare che anche tale settore, dopo quello degli edifici, merita una particolare attenzione poiché è responsabile a livello mondiale di emissioni per circa otto miliardi di tonnellate di CO2eq, pari a circa il 17% del totale. La gran parte di queste emissioni (circa il 95%) è dovuta al trasporto su strada, e ciò spiega le ragioni delle numerose politiche di incentivazione rivolte alla mobilità elettrica. In tal senso, negli ultimi anni si è assistito ad una massiccia diffusione soprattutto di automobili elettriche e ibride, grazie ad un notevole progresso tecnologico ed un crescente favore del grande pubblico.

Allo stato attuale bisogna però evidenziare che, nonostante gran parte della filiera sia stata perfezionata, stenta ancora a realizzarsi il presupposto di base, e cioè l’effettivo utilizzo di energia pulita, che al momento è sostituita per la maggior parte da quella convenzionale fornita dai vari gestori.

Un’alleanza funzionale tra edifici ZEB e veicoli elettrici può rappresentare un passo strategico sulla via della sostenibilità. Si tratta, infatti, di settori in rapida espansione, con esigenze complementari: i primi con la necessità di smaltire i surplus energetici fuori fase rispetto al consumo istantaneo, i secondi con quella di ricorrere il più possibile alle fonti rinnovabili. La relativa interazione è già potenzialmente sinergica: gli edifici, infatti, possono ospitare una notevole potenza fotovoltaica e rappresentano un punto preferenziale per la ricarica dei veicoli elettrici.

Come favorire il “matrimonio” tra ZEB e veicoli elettrici

Allo scopo di favorire questo connubio virtuoso, è indispensabile studiare tecnologie e metodologie di smart charging della mobilità elettrica, che consentano ai veicoli di essere caricati all’interno del tessuto urbano e incorporino logiche che permettano di sfruttare l’energia fotovoltaica in eccesso, prodotta ad esempio dagli edifici residenziali. Questi ultimi hanno infatti un profilo di utilizzo dell’energia elettrica tipicamente concentrato in orari in cui vi è minor disponibilità di radiazione solare, immettendo quindi in rete mediamente oltre il 70% dell’energia fotovoltaica generata annualmente e ottenendo un controvalore economico modesto rispetto al valore di mercato del kWh elettrico. Si noti che, nei medesimi orari, la maggior parte dei veicoli è inattiva e parcheggiata. In parallelo, la ricarica dei veicoli elettrici senza alcuna logica di pianificazione temporale o gestione dei fattori di contemporaneità porta a condizioni di potenziale criticità sulla rete e a elevati costi dell’energia erogata.

In tale contesto, la creazione di comunità energetiche locali, dove invece i veicoli elettrici sono allacciati a punti di ricarica alimentati prevalentemente dal surplus di produzione della potenza fotovoltaica installata sugli edifici, in presenza di opportune logiche smart di gestione e regolamentazione sia lato edificio che lato veicolo, consentirebbe notevoli vantaggi economici e ambientali. Ciò rappresenterebbe un notevole incentivo “a costo zero” per accelerare contemporaneamente la transizione ecologica sia del settore edilizio che di quello dei trasporti.

Auto elettriche o ibride: le cifre in gioco

Entrando nel merito delle cifre in gioco, oggi in Italia circolano oltre 200.000 veicoli totalmente elettrici o ibridi plug-in, con un tasso di crescita del +200% rispetto al 2020. Guardando agli scenari futuri, secondo le analisi dello Smart Mobility Report 2021 redatto dal Politecnico di Milano, la proiezione più conservativa (scenario business-as-usual) prevede un’adozione di veicoli elettrici pari ad approssimativamente 4 milioni unità circolanti al 2030, mentre quella più ottimistica (scenario decarbonization) stima che tra circa 10 anni le immatricolazioni di veicoli elettrici si attesteranno ad un valore prossimo al 75% del totale, con un parco circolante di quasi 8 milioni di unità (oltre il 20% del circolante complessivo). Sempre secondo tale scenario, nello stesso anno saranno presenti sul territorio nazionale dai 60.000 agli 80.000 punti di ricarica ad accesso pubblico, oltre ad un numero notevolmente superiore di punti di ricarica privati, buona parte dei quali installati presso edifici residenziali o del terziario.

In tale contesto è prevedibile che, in assenza di alcuna regolamentazione delle modalità di ricarica o di incentivazione di logiche di smart charging, una parte non trascurabile di tali veicoli elettrici verrà presumibilmente ricaricata nella fascia serale della giornata presso gli edifici dove i veicoli vengono parcheggiati. Si avrebbe come conseguenza una notevole richiesta aggiuntiva di potenza elettrica, corrispondente ad un altrettanto elevato fabbisogno energetico, in fasce orarie in cui non vi è disponibilità di energia rinnovabile da fonte solare. Immaginando che circa un terzo degli 8 milioni di veicoli elettrici previsti al 2030 possa venire allacciato alla rete nazionale dopo le 19:00, assorbendo la potenza tipica disponibile presso un punto di ricarica domestico (circa 3 kW), nei momenti di massima contemporaneità sarebbe richiesta alla rete elettrica una potenza aggiuntiva nell’ordine degli 8 GW, corrispondenti a oltre il 12% dell’attuale potenza del parco termoelettrico nazionale. Tale cifra potrebbe chiaramente crescere esponenzialmente se si immaginano modalità di ricarica più rapide.

Risulta utile anche confrontare questo dato con quello della potenza elettrica da fotovoltaico installata a livello nazionale: è stata recentemente superata la soglia dei 20 GWp e il valore atteso al 2030 è di almeno 30 GWp, buona parte dei quali installati in prossimità di edifici o sopra di essi, ovvero dove i veicoli elettrici possono essere agevolmente ricaricati anche durante le ore diurne.

Conclusioni

Insomma, senza negare la complessità tecnica e gestionale di un matching ottimale tra smart buildings e smart mobility, i numeri suggeriscono valga la pena orientare gli sforzi in tal senso, ribadendo che anche dal punto di vista economico la strategia presenterebbe indiscutibili vantaggi per l’utente smart, sia esso il proprietario dell’edificio o del veicolo elettrico.

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