Le principali tecnologie di accumulo energetico

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accumulo per energia rinnovabile
UniEnergy Technologies, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons

La strada verso la transizione energetica passa per l’individuazione di sistemi che ci consentano di conservare l’energia prodotta, ma quali sono i principali strumenti di accumulo energetico?

La transizione ecologica prevede l’individuazione di una serie di sistemi che ci consentano di conservare l’energia prodotta da fonti di natura rinnovabile e quindi tendenzialente discontinue. Quali sono i principali sistemi di accumulo energetico attualmente a disposizione? Qui un elenco non esaustivo.

– Pompaggio idroelettrico:

con questo sistema l’acqua viene pompata in un serbatoio che si trova in alto quando c’è maggiore disponibilità di elettricità, per poi essere rilasciata in discesa per alimentare una turbina quando la disponibilità è inferiore.

Gli aspetti positivi di questa tecnologia sono il fatto che è possibile riprodurla anche in scala molto grande  ed è possibile separare le parti di conversione e quelle di stoccaggio; negativo invece il fatto che sia legato solo a determinate condizioni di conformazione geografica: è un sistema che può essere utilizzato in collina o in prossimità dei laghi; il fatto che funzioni meglio sulla larga scala vuol dire che richiede finanziamenti piuttosto ingenti e in linea di massima la durata dello stoccaggio è molto breve. Tra le aziende che stanno sviluppando questa tecnologia c’è RheEnergise Energy Storage, che sta sperimentando una scala più piccola.

– Batterie agli ioni di litio:

si tratta di uno dei sistemi di accumulo energetico che si stanno più rapidamente diffondendo in tutto il globo. L’aspetto positivo di questa tecnologia è che si tratta di dispositivi modulari che possono essere distribuiti ovunque e i cui prezzi, a causa dell’elevata domanda, stanno scendendo. Negativi invece la scarsa durata dello stoccaggio, la tendenza a degradarsi, la quantità di materie prime necessarie.

– Batterie a ioni di sodio:

questa tecnologia sostituisce il litio con il sodio, con il vantaggio di avere molte più materie prime a disposizione e una maggiore possibilità di distribuzione anche grazie al minore impatto della degradazione delle componenti. Tra gli aspetti negativi invece la scarsa densità dell’energia accumulata, che implica la necessità di impianti molto grandi e molto pesanti.

La CATL sta in questo momento lavorando per lanciare il suo prototipo sul mercato nel 2023.

– Batterie ad aria metallica:

si tratta di batterie in cui la reazione del metallo con l’aria consente il rilascio dell’energia. Al momento è in corso lo sviluppo, da parte di Form Energy di una batteria ferro-aria che potrà conservare elettricità per più di 4 giorni. L’aspetto positivo di questa tecnologia è appunto la durata dello stoccaggio, che si estende a diversi giorni e non è solo relativa ad ore, così come la sicurezza, i costi bassi e la possibilità teorica di ampliarne la scala; tra gli aspetti negativi, la bassa efficienza tra andata e ritorno.

– Batterie a flusso:

questa categoria di strumenti per l’accumulo energetico è caratterizzata dall’immagazzinare energia in serbatoi con un elettrolita liquido. Tra i pro si annovera sicuramente il fatto che si tratta di un metodo molto sicuro, non soggetto a degradazione e che consente lo stoccaggio disaccoppiato; tra i contro anche in questo caso la scarsa efficienza di andata e ritorno.

– Aria compressa:

con questo sistema è possibile pompare l’aria ad alta pressione in serbatoi molto grandi o caverne di sale e poi rilasciarla azionando una turbina quando c’è bisogno di utilizzarla. Si tratta di un processo molto economico e che consente una lunga archiviazione oltre che il disaccoppiamento tra conversione e stoccaggio. Il rapporto tra efficienza di andata e ritorno non è tra i peggiori e non c’è alcuna degradazione. Gli aspetti negativi sono che la concentrazione di aria ad alta pressione su larga scala può essere pericolosa. In Cina si sta lavorando in questa direzione con le innovazioni introdotte da Hydrostor.

– Aria liquida:

questo sistema prevede di raffreddare l’aria a -200° in condizioni di abbondanza di elettricità e conservare il liquido in serbatoio isolati, per poi scaldarla e riespanderla in caso di necessità. L’aspetto positivo è che con questo sistema si può accumulare e distribuire energia ovunque, anche con archiviazione di lunga durata, a costi ragionevoli. Si tratta di un sistema sicuro, non tendente alla degradazione e che consente di disaccoppiare conversione e stoccaggio. Di contro, non brilla per efficienza tra andata e ritorno e richiede notevoli sforzi tecnologici per essere applicata. La High View Power sta sviluppando diversi siti di accumulo con questo sistema nel Regno Unito.

– Batteria a CO2:

questo metodo di accumulo energetico è simile a quello dell’aria liquida ma sostituisce all’aria l’anidride carbonica.

– Idrogeno:

in condizioni di abbondanza di elettricità questo sistema prevede di alimentare degli elettrolizzatori per creare idrogeno verde, che può essere successivamente riconvertito mediante una cella a combustibile. I dati positivi sono la lunga durata dello stoccaggio e il disaccoppiamento con la conversione, il fatto che sia una tecnologia applicabile su vasta scala e il potenziale di diminuzione del prezzo. Di contro, c’è una scarsa efficienza tra andata e ritorno e al momento i costi sono piuttosto elevati.

– Stoccaggio (accumulo) gravitazionale:

quando l’elettricità è abbondante, i motori sollevano oggetti pesanti (tipicamente attaccati alle gru). Quando è necessaria l’elettricità, gli oggetti vengono “abbassati”lasciati cadere” e utilizzati per azionare una turbina.

Le aziende chiave di questo settore sono sicuramente includono @EnergyVaultInc e @gravitricity

Pro: semplice, a basso costo, può essere distribuito ovunque (finché è possibile costruire una torre), nessun degrado

Contro: bassa densità di energia – adatto per erogare / assorbire brevi raffiche di potenza, non in grado di memorizzare grandi quantità di energia elettrica [Autore sc1] 

– Volani:

questi sistemi prevedono un disco di filatura molto pesante a velocità molto elevata, che guida una turbina quando serve la corrente. È un sistema utile perché genera una risposta veloce, non è soggetto a degradazione e una buona efficienza tra andata e ritorno, ma di contro è adatto solo per brevi raffiche e non può conservare molta energia.

– Stoccaggio termico:

con questa tecnologia l’elettricità viene convertita in calore, mantenuto fino a che è necessario conservarla. Si tratta di un sistema molto semplice che non richiede particolari aggiornamenti della rete ma in realtà non è un vero e proprio sistema di accumulo energetico visto che il calore viene poi riutilizzato direttamente e non riconvertito in energia.

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