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La produzione di energia e il suo utilizzo durante un’apocalisse zombie

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Power quality
Può sembrare una pazzia, ma viviamo in un mondo folle.

Questo articolo è apparso nella versione originale in inglese nel Blog, ‘DNV GL Energy in transition‘.

Noi di DNV GL vogliamo sostenere un futuro energetico resiliente e sostenibile, per questo siamo impegnati nello sviluppo di soluzioni energetiche che siano pratiche e valide in una serie di potenziali scenari futuri. Tra questi c’è la fornitura indipendente di energia per piccole comunità off-grid, come quelle nelle quali si cercherebbe riparo dall’insaziabile fame di orde di zombie. 


La preparazione per un’eventuale risurrezione di massa di zombie mangia-carne è, comprensibilmente, una priorità per pochi; la maggior parte dei nostri clienti ha di fatto altre e più contingenti priorità. Pianificare la resilienza di fronte alla potenziale distruzione d’infrastrutture e servizi è invece una problema serio e reale; eventi atmosferici estremi dovuti ai cambiamenti climatici, per esempio, sono in grado di causare gravi difficoltà nella fornitura di energia. Nelle regioni mondiali più instabili, l'interruzione dei servizi è un effetto comune di atti di guerra e disordini civili. In queste circostanze, la capacità di continuare a operare come un sistema isolato e indipendente può garantire condizioni di benessere, salute e ordine nelle aree colpite.

Tuttavia l'apocalisse zombie è una metafora popolare che esprime i timori legati alla rottura del tessuto sociale e materiale, che tiene insieme i fili del nostro benessere e tenore di vita. Con questa idea in mente consideriamo le sfide del mantenimento di un sistema energetico resiliente, isolato e off-grid, nello scenario che potrebbe essere, direttamente o indirettamente, familiare per alcuni clienti.

Questa è la vita al giorno d’oggi

Sono purtroppo disponibili pochi dati reali sullo scenario di un’invasione zombie, di conseguenza la nostra ricerca si è incentrata principalmente sul popolare The Walking Dead, serie tv di fantasia di AMC TV. Come sapranno i fan più affezionati, nella sesta serie, Rick Grims e il suo gruppo di sopravvissuti si sono rifugiati in una comunità chiusa nella zona di Alexandria, una cittadina statunitense che si trova a 20 minuti a sud di Washington DC, nello stato della Virginia. Benché i dettagli sulla zona sicura di Alexandria siano molto scarsi, alcune caratteristiche sono evidenti; sembra essere composto da un nucleo di 15-20 abitazioni e da una popolazione di 50-60 persone, che può però variare con l’arrivo di nuovi residenti o la morte di altri, in modi incredibilmente raccapriccianti.

Sappiamo che la zona di sicurezza è stata progettata per essere una comunità sostenibile dotata di ogni comodità, cioè di un parco solare, di una micro rete elettrica e di un sistema di gestione delle acque reflue. Gli autori dello show hanno stranamente omesso di esplorare le caratteristiche precise della configurazione del sistema energetico. Basandoci su vari indizi, abbiamo potuto dedurre alcune specifiche tecniche: potrebbe essere composto da 5 campi solari, ognuno dei quali con 5 pannelli del formato standard da 250 W 1 x 1.6m. Questa configurazione suggerisce una potenza complessiva nominale di 25 kW. Sulla base dei livelli medi di radiazione solare per quell’area degli Stati Uniti, ciò fornirebbe ai fuggitivi un totale di circa 33.000 kWh l’anno.

Assumendo che la comunità sia alimentata con la sola energia elettrica, sarebbe teoricamente possibile produrre gas utilizzando biodigestori, grazie all’eventuale abbondante disponibilità di materiale organico in decomposizione. Tuttavia, come accade nelle aree del mondo colpite da crisi reali, la raccolta di biomasse per l’utilizzo energetico è un'attività potenzialmente pericolosa, ancor di più quando il carburante cerca di nutrirsi del proprio raccoglitore.

Alexandria dovrebbe affrontare una sfida già nota per i comuni sistemi off-grid, vale a dire la distribuzione non uniforme della fornitura di energia e dei carichi durante l'anno. La comunità avrebbe a disposizione, durante giugno, il doppio dell’elettricità (circa 121 kWh al giorno) rispetto a dicembre (53 kWh al giorno). Per rendere l’idea, una comunità di 20 famiglie medie americane consuma attualmente circa 600 kWh al giorno. Ciò significa che, avendo i parchi solari come unica fonte per generare l’energia elettrica distribuita, la comunità non potrebbe essere concepita come entità completamente indipendente dalla rete. La micro rete sarebbe così progettata per integrarsi con la rete locale, pur mantenendo la possibilità di scollegarsi e bilanciare automaticamente i carichi distribuiti con la generazione e l'accumulo. Per minimizzare l’importazione di energia, il sistema della comunità dovrebbe avere una capacità di accumulo di energia tale da garantire che l'elettricità prodotta in loco non sia re-introdotta nella rete principale; per questo scopo, possiamo stimare che dovrebbero essere istallata una capacità di accumulo di energia elettrica di circa 50 kWh.

“Stuff and things”

Parte dell’energia prodotta sarebbe utilizzata per scopi comuni. Sebbene questa scelta non sia consigliabile nella vita reale, a causa dell’effetto negativo che avrebbe sulla sicurezza e la salute, per la comunità sarebbe saggio rinunciare all’illuminazione stradale; nel caso in esame questo disservizio sarebbe compensato dal vantaggio che si avrebbe mantenendo l'area nascosta dai cannibali e voraci demoni, così come da bande di sopravvissuti dedite al saccheggio.

Le abitazioni sarebbero probabilmente anch’esse ben isolate e dotate degli elettrodomestici più efficienti e di lampadine LED a basso consumo. Anche ipotizzando l’utilizzo delle attrezzature più efficienti, dal punto di vista energetico, disponibili sul mercato, gli abitanti della comunità dovrebbero comunque razionare attentamente i consumi di energia. Parte dell’energia, circa 10 kWh al giorno, dovrebbe essere destinata ad alimentare gli impianti di trattamento delle acque reflue e le pompe dell’acqua. Considerando 20 abitazioni, ogni casa avrebbe a disposizione, nel periodo estivo, circa 5.5 kWh al giorno per il consumo domestico.

Durante l’estate, sempre ipotizzando un’accurata gestione dell’energia, i residenti dovrebbero poter riuscire a mantenere un ragionevole livello di comfort e civilizzazione. Ogni abitazione registrerebbe seguenti consumi giornalieri, legati a necessità primarie:

  • 2 kWh per cucinare;
  • 0.5 kWh per l’illuminazione;
  • 1.5 kWh per un moderno frigorifero di medie dimensioni;
  • 1 kWh per ottenere circa 15 litri d’acqua calda ogni giorno; questo dato, benché frutto di un utilizzo parsimonioso, riflette meno del 10% del consumo acqua calda di una tipica famiglia americana.
L’attuale consumo giornaliero medio delle famiglie degli Stati Uniti è di circa 30 kWh. Di conseguenza qualsiasi micro rete nella vita reale dovrebbe prevedere la capacità di sincronizzarsi con una rete più ampia. In alternativa, la comunità dovrebbe valutare un maggiore investimento nella costruzione d’impianti di generazione e di conservazione di energia rinnovabile, oltre che sistemi di riserva che utilizzano risorse fossili, e/o maggiori riduzioni dei livelli di consumo, rispetto ai dati medi.

Una buona manutenzione delle infrastrutture può salvare la comunità

La sfida maggiore sarebbe il sistema di climatizzazione. Alexandria si trova in una regione dal clima umido subtropicale, con temperature massime estive medie di circa 32° C. Il climatizzatore sarebbe probabilmente alimentato con pompe di calore geotermiche, vale a dire la soluzione più efficiente, ma utilizzarlo per 30 minuti consumerebbe facilmente gli 0.5 kWh rimanenti. La stessa quantità di energia potrebbe essere utilizzata per attivare, per mezza giornata e senza sosta, due piccole ventole da tavolo ad alta efficienza.

Sarebbe anche possibile consumare i circa 0,5 kWh giornalieri utilizzando la lavatrice per circa 1 ora con un programma economico, anche se, sporcandosi con le attività quotidiane, potrebbe essere necessario optare per un ciclo di lavaggio più lungo. Potrebbe anche essere saggio avere a disposizione e sempre carica una motosega elettrica senza fili, utile in una vasta gamma di possibili applicazioni.

I residenti potrebbero anche, di tanto in tanto, scegliere di distrarsi e non pensare alla loro grave situazione; consumando 0,5 kWh sarebbero in grado di alimentare per 2 ore un grande schermo LCD TV e un lettore DVD, e godersi per esempio un film di George A. Romero.

La situazione in inverno sarebbe molto meno confortevole. A dicembre, ogni abitazione avrebbe a disposizione solo 2.2 kWh al giorno, a causa di livelli molto bassi di radiazione solare. A questo, date le temperature minime invernali solitamente sotto gli 0° C, si sommerebbe una maggiore richiesta di energia per l'illuminazione e il riscaldamento delle abitazioni e dell'acqua. In questo periodo dell’anno, gli abitanti dovrebbero compiere scelte difficili riguardo alle loro priorità nel consumo di energia. Anche tagliando il consumo di energia per l'illuminazione, l'utilizzo di acqua calda e la cucina, è probabile che via sia molto poca energia residua per avere un buon riscaldamento degli ambienti. Dovrebbe esserci una forte condivisione delle risorse per riscaldare degli spazi comuni, possibilmente utilizzando una pompa di calore geotermica e a discapito di alcune case lasciate senza riscaldamento.

Una delle più importanti attività degli abitanti di Alexandria sarebbe, oltre alla difesa da incursioni degli orribili e affamati ex vicini di casa redivivi o, il mantenimento di elevati livelli di efficienza energetica. Questo significa mantenere le abitazioni in buono stato di manutenzione, con particolare attenzione alla riparazione di finestre e porte, e all’efficace isolamento.

Operando come una rete isolata, il bilanciamento tra accumulo e fornitura di energia elettrica sarebbe una grande sfida. Il consumo di energia dovrebbe essere attentamente controllato e alcune attività, come per esempio il riscaldamento dell'acqua, dovrebbero essere limitate alle ore diurne, per ottimizzare la capacità della batteria. Sarebbe necessario un sistema di monitoraggio dei consumi che consenta di controllare la domanda e quindi allinearla all'offerta. In questo modo si potrebbe garantire una ripartizione equa ed efficiente dell'energia, ma anche l’operatività della rete entro i limiti tecnici.

Un giorno questo spavento potrebbe esservi utile

La resilienza energetica si basa essenzialmente sulla gestione dei rischi. Il pericolo che i morti resuscitino dalle loro tombe e banchettino con i vivi è di forte impatto sulle nostre menti ma, nonostante la fervida immaginazione degli appassionati di fantascienza, è uno scenario poco probabile. I severi eventi climatici e i disordini civili sono invece situazioni reali, alle quali dovremmo essere preparati in modo adeguato. In alcune circostanze, la capacità di mantenere in funzione una rete elettrica indipendente, per un periodo prolungato, potrebbe garantire sicurezza, stabilità e continuità delle attività quotidiane.

DNV GL è il più grande fornitore di energia rinnovabile e di servizi di sostenibilità del mondo. Lavoriamo con organizzazioni governative, non governative e private, per realizzare un futuro energetico sostenibile, che sia resiliente in tutte le circostanze.