Le perdite di energia nella rete elettrica, a cosa sono dovute e quanto impattano

Le perdite nella rete elettrica rappresentano principalmente quella quota parte di energia che viene dissipata sotto forma di calore lungo tutta la filiera elettrica, dalla generazione all'utenza finale. Queste perdite sono presenti lungo tutte le fasi, compresa la trasmissione (in alta tensione), la distribuzione (a media e bassa tensione) e nelle cabine di trasformazione.

In condizioni di operatività normale, tralasciando l'effetto corona, possiamo dire che la rete non “perde elettroni”. L'energia, come detto sopra, viene principalmente dispersa sotto forma di calore. Un fenomeno, questo, non evitabile e intrinseco al sistema elettrico. Le perdite di rete sono quindi fisiologiche per principio: finché ci sarà corrente elettrica che scorre all'interno di un conduttore, questa svilupperà calore e quindi perdita di energia.

A cosa sono dovute le perdite nella rete elettrica

Il principio fisico che sta alla base di queste perdite è l'effetto Joule. Le perdite si verificano a causa della resistenza elettrica dei cavi percorsi da corrente: più la resistenza (elettrica) di un conduttore è alta, più il cavo stesso produrrà calore. Questo effetto aumenta, inoltre, tanto più aumenta l'intensità della corrente che attraversa il conduttore.

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Perché l’energia elettrica è difficile da conservare?

La resistenza elettrica dipende dal materiale conduttore utilizzato, dalla sua temperatura di esercizio e dalla sezione del conduttore stesso (un cavo di sezione maggiore presenta resistenza minore). Tutte le macchine elettriche e tutti i cavi sono realizzati con materiali conduttori, quindi ogni dispositivo installato nella filiera elettrica (seppur molto efficiente) ha una resistenza e di conseguenza produrrà delle perdite.

Senza entrare troppo nei tecnicismi elettrotecnici, nei sistemi in corrente alternata si introducono degli effetti ulteriori (le cosiddette reattanze, che insieme alla resistenza formano l'impedenza) che non fanno altro che aumentare il valore assoluto della corrente circolante nell'impianto. E come abbiamo capito, se aumenta la corrente aumentano anche le perdite.

Impatto delle perdite nella rete elettrica

Analizziamo ora l'impatto che queste perdite hanno dal punto di vista economico e ambientale.

Impatto Economico

Le perdite di rete si traducono economicamente sia in termini di energia non venduta e quindi mancati ricavi, sia in termini di costi di gestione dell'infrastruttura. Questi costi in Italia vengono caricati sui consumatori attraverso le tariffe presenti in bolletta. Questi costi vengono definiti da ARERA sulla base delle stime che essa stessa esegue, i costi sono relativi alla tipologia di utenza, alla tensione di alimentazione e calcolate in percentuale sui consumi del singolo utente.

Impatto Ambientale

La produzione di energia elettrica, sappiamo essere coperta per circa la metà da fonti non rinnovabili (principalmente gas naturale) e quindi generata da fonti primarie che emettono gas serra (più una serie di ulteriori elementi inquinanti). Per soddisfare la domanda di noi utenti finali, posti alla fine della filiera, significa compensare le perdite di rete generando alla fonte più energia del necessario. Questa differenza di energia, prodotta "per nulla", se generata con gas naturale, contribuisce a generare inquinamento ambientale.

Come ridurre le perdite della rete elettrica

L'unica soluzione è minimizzare il più possibile queste perdite, per farlo vengono impiegati differenti metodi. Partiamo dai più comuni:

• progettare linee con materiali conduttori e sezioni tali da minimizzare il valore di resistenza elettrica complessiva, senza ovviamente esagerare nell'altro senso. Aumentare la sezione significa più materiale, con un sovradimensionamento complessivo di tutta l'infrastruttura, che porta poi ad un ingiustificato aumento dei costi di investimento e di gestione, nonché spreco di materiale;
• limitare al minimo il valore della corrente elettrica a pari potenza trasmessa in rete. Per fare ciò bisogna necessariamente alzare la tensione a centinaia di migliaia o addirittura milioni di volt, ecco spiegato il motivo di avere le linee di trasmissione in alta tensione;
• limitare al minimo il valore della corrente elettrica compensando le reattanze induttive. Per gli addetti ai lavori questa tecnica viene chiamata rifasamento ed è necessaria oltre certi valori limite per non incorrere in sanzioni che vengono applicate direttamente all'utente in bolletta;
• investire in infrastrutture e materiali più efficienti a basse perdite, che di fatto ci riportano al primo punto;

Ulteriori metodi strutturali utili a ridurre le perdite sono:

• l'installazione di impianti di generazione diffusa (possibilmente rinnovabile) in maniera tale da poter produrre e consumare l'elettricità nel medesimo punto. Riducendo l'estensione dell'infrastruttura che collega la generazione al consumatore si limitano le lunghezze, e di conseguenza le perdite. Generando localmente l'energia di cui si ha bisogno, non la si assorbe dalla rete, traducendosi in un ulteriore risparmio in bolletta dato da quella quota di tariffa che tiene conto delle perdite di rete che non viene corrisposta.
• Trasmettere l'energia in corrente continua ad alta tensione (HVDC – High Voltage Direct Current) piuttosto che in corrente alternata. In questa maniera annullo gli effetti dissipativi delle reattanze presenti nel regime alternato.

Per concludere, abbiamo visto come le perdite di rete producono implicazioni sia economiche che ambientali. La riduzione di tali perdite richiede sforzi congiunti sia da parte delle autorità, dai gestori della rete, dai costruttori nonché dai progettisti. Le scelte progettuali di questi ultimi, devono non solo tener conto della minimizzazione dei costi di investimento ma anche degli impatti che loro scelte producono in termini ambientali, al fine di garantire un sistema elettrico più efficiente e sostenibile.

Bibliografia

Relazione annuale ARERA 2022 sullo stato dei servizi e sull'attività svolta