Cosa sono gli accumuli a lungo termine per l'energia verde?

Il diossido di carbonio o anidride carbonica (CO₂) è un gas che si trova naturalmente nell'aria. Tuttavia, viene prodotto anche durante la combustione di combustibili fossili, ampiamente utilizzati nei Paesi industrializzati per processi produttivi, trasporti e altri scopi. Il problema: il CO₂ è considerato un gas serra poiché favorisce il riscaldamento globale, costituendo quindi un fattore significativo per il cambiamento climatico.

Le cosiddette energie rinnovabili (ER) derivanti da impianti solari ed eolici sono prive di emissioni, non generando quindi CO₂. Per questo motivo dovrebbero sostituire il più presto possibile il gas naturale e il petrolio come fonti primarie di energia, sia per la produzione di elettricità, sia per la generazione di calore e freddo e nel settore dei trasporti (concetti di propulsione alternativi).

Tuttavia, le ER sono generate solo quando il clima è favorevole. In caso contrario, gli impianti fotovoltaici ed eolici non producono elettricità. D'altra parte, in condizioni ottimali, ne producono moltissima. A volte più di quanta ne venga richiesta.

Questa energia in eccesso potrebbe essere immessa nelle reti elettriche quando il cielo è coperto o in caso di calma. Tuttavia, deve essere immagazzinata su larga scala per essere disponibile quando necessario. Questa è la funzione che dovrebbero svolgere i Long-Duration Energy Storage (LDES) – accumuli a lungo termine o stagionali, attualmente oggetto di ricerca.
 

Vantaggi e svantaggi dello stoccaggio a lungo termine

Quando le tecnologie LDES saranno mature, dovrebbero garantire l'uso indipendente dalle condizioni meteorologiche e dalla rete dell'energia eolica e solare per lunghi periodi. Ad esempio, di notte, quando l'energia solare non è disponibile. In questo modo, contribuiscono alla decarbonizzazione degli impianti industriali a combustibili fossili, poiché possono soddisfare il loro fabbisogno energetico senza emissioni di CO₂ con energie rinnovabili. Ecco una panoramica degli scenari di utilizzo con accumuli a lungo termine.

  • Sostegno all'aumento della quota di energia rinnovabile nel mix energetico
  • Garantire la resilienza a reti inaffidabili per lunghi periodi di tempo (ad esempio in località isolate oppure off-grid)
  • Consentire Power Purchase Agreements (PPA), ovvero contratti di fornitura di energia rinnovabile negoziati individualmente e a lungo termine disponibili 24 ore su 24
  •  Le capacità LDES possono rendere superflua (in parte) la costruzione di ulteriori centrali elettriche o infrastrutture di trasmissione e distribuzione
  • Tuttavia, lo stoccaggio a lungo termine dell'energia presenta anche alcuni svantaggi e problemi.
  •  Uno dei maggiori svantaggi dell'uso di un sistema di accumulo di energia sono i costi. Mentre i prezzi dei moduli solari sono diminuiti significativamente negli ultimi anni, i sistemi di accumulo energetico sono ancora relativamente costosi. Tuttavia, si prevede che diventeranno più economici con il miglioramento della tecnologia e l'aumento della domanda.
  • I sistemi di accumulo di energia richiedono una manutenzione regolare, incluso il monitoraggio del livello di carica. Questo può risultare difficile per le aziende che potrebbero non avere il tempo o le competenze per eseguire lavori di manutenzione.
  • I sistemi di accumulo di energia hanno una durata limitata, che in genere è compresa tra 5 e 15 anni, a seconda della tecnologia utilizzata. Ad esempio, quando le batterie raggiungono la fine del loro ciclo di vita, devono essere sostituite, fattore che può essere costoso e richiedere molto tempo.
  • Parte dell'elettricità deve essere utilizzata per il processo di stoccaggio stesso.

 


Queste tecnologie di accumulo a lungo termine hanno attualmente potenziale

La capacità dei sistemi di stoccaggio a lungo termine deve crescere in modo significativo in modo che le aziende diventino neutrali dal punto di vista climatico su larga scala. Secondo lo stato dell'arte attuale, le seguenti tecnologie hanno un potenziale in tal senso.

  •  Idroelettrico a pompaggio: l'elettricità viene utilizzata per pompare acqua in un serbatoio. Quando l'acqua viene rilasciata dal serbatoio, scorre verso il basso attraverso una turbina per generare elettricità.
  • Aria compressa: con l'aiuto dell'elettricità, l'aria viene fortemente compressa e spesso immagazzinata in grotte sotterranee. Quando la domanda di elettricità è elevata, l'aria compressa viene rilasciata per generare elettricità tramite un generatore a turbina di espansione.
  • Volani: l'elettricità viene utilizzata per accelerare un volano (un tipo di rotore), che preserva l'energia come energia cinetica rotazionale. Quando è richiesta energia, la coppia del volano viene utilizzata per azionare un generatore. Alcuni volani sono dotati di cuscinetti magnetici, funzionano sottovuoto per ridurre la resistenza dell'aria e possono raggiungere velocità fino a 60.000 giri al minuto.
  • Batterie: analogamente alle batterie convenzionali, le batterie molto grandi possono immagazzinare energia finché non è necessaria. Questi sistemi possono utilizzare batterie agli ioni di litio, al piombo-acido, al litio in ferro o altre tecnologie.
  • Accumulo di energia termica: l'elettricità può essere utilizzata per generare energia termica, che può essere immagazzinata. Ad esempio, l'elettricità può essere utilizzata per produrre acqua refrigerata o ghiaccio durante i periodi di scarsa domanda e successivamente per il raffreddamento nei periodi di picco del consumo energetico.
  • Power-to-X: questa è la conversione dell'elettricità in un'altra fonte di energia. Un metodo è lo stoccaggio dell'idrogeno. In questo caso, l'idrogeno viene prodotto dall'acqua e dall'energia solare generata, e viene quindi immagazzinato fino a quando non sarà nuovamente necessaria l'elettricità.
  • Oltre a queste tecnologie, ne sono attualmente in fase di sviluppo di nuove, come batterie a flusso, supercondensatori e dispositivi di accumulo di energia magnetica superconduttiva.