Storage e rinnovabili: conviene sempre accumulare??? Alcune risposte della Stanford University

fotovoltaico-eolico1(1)Rinnovabili non programmabili come eolico e fotovoltaico cercano da sempre risposte fondamentali dai sistemi di accumulo per ovviare logicamente a questa loro intrinseca caratteristica. Una risposta affermativa non sempre scontata secondo le indicazioni di uno studio della Stanford University che ha valutato il bilancio energetico dei vari sistemi di accumulo. Come sappiamo, la maggior parte dei sistemi di accumulo per stoccare l’energia in eccesso si basa sulle batterie, sistema di stoccaggio ancora molto costoso e che, secondo i ricercatori statunitensi, ha un senso solo per fonti relativamente costose in termini di energia investita, come il fotovoltaico, che viene meno per fonti come l’eolico, con costo energetico inferiore, e dove, ad oggi si risparmierebbe più energia arrestando gli aerogeneratori. Lo studio, allegato in calce al post e pubblicato nell’ultimo numero del magazine “Energy and Environmental Science”, prende spunto da un nuovo indicatore, messo a punto proprio per valutare il grado di convenienze del connubio rinnovabili-sistemi di accumulo come l’ESOI “Energy Stored On Investment”, del quale ho approfonditamente parlato nel post più cliccato del mio blog “Sistemi di stoccaggio dell’energia: ecco ESOI, nuovo indicatore prestazionale integrato”. Un indice ESOI, che va a quantificare proprio il costo energetico di un sistema di accumulo ottenuto moltiplicando l’energia accumulata nell’intera vita dell’impianto per l’efficienza nel ciclo di accumulo/rilascio e dividendo per l’energia impiegata per la costruzione e installazione dell’impianto, equivalente un po’ all’EROEI, Energy Returned On Energy Invested o ritorno energetico sull’investimento energetico. In quel post era stata effettuata una comparazione sulla base dell’indice ESOI di 7 tecnologie per l’accumulo come il pompaggio idroelettrico, l’aria compressa (CAES) e cinque tipologie di batterie come quelle al litio, al sodio-zolfo, allo zinco-bromo, al vanadio (del tipo a flusso) ed al piombo. Da quella valutazione emergeva come le metodologie di accumulo fisiche avessero prestazioni energetiche di un ordine di grandezza superiori a quelle di tipo elettrochimico.

tecnologie di accumulo energia elettrica

In quella sede il pompaggio idroelettrico, antesignano di tutti i sistemi di accumulo di energia,  conseguiva un ESOI di 210, il CAES addirittura di 240, mentre le batterie andavano da un ESOI di 10 per quelle al litio ioni, ad un misero 2 per le vecchie ma ancora diffusissime batterie al piombo, che riescono ad accumulare appena il doppio dell’energia necessaria a costruirle nel corso della loro vita. Lo studio della Stanford University, ripartendo da quei risultati è andato oltre, chiedendosi quando sistemi con un così basso ESOI come le batterie, convengano energeticamente e facendolo mettendo a confronto il bilancio energetico dei diversi tipi di batterie con quello dell’energia prodotta da eolico e fotovoltaico, espresso come EROEI, energia prodotta per energia investita. Charles Banhart, uno degli autori dello studio spiega la genesi della elaborazione “Il nostro obiettivo era quello di calcolare il costo energetico complessivo: cioè, la quantità totale di combustibile ed energia elettrica necessaria per costruire e gestire queste tecnologie di stoccaggio. Abbiamo scoperto che quando si considera il fattore dei costi energetici, ha senso usare le batterie per immagazzinare energia solare, mentre la cosa diventa meno conveniente per quanto riguarda l’energia eolica”. Nel fotovoltaico, dove è richiesta molta energia per la produzione dei moduli, si ha un EROI molto più basso rispetto all’eolico, di 8 contro 86, e , sulla base di queste elaborazioni, secondo lo studio, l’energia prodotta dall’eolico è energeticamente molto meno costosa di quella da fotovoltaico. Sulla base di tutto ciò, gli autori dello studio concludono che, mentre per il solare l’accumulo di energia in eccesso con le batterie è assolutamente motivato, per l’eolico, quando si ha una sovraproduzione di energia rispetto a quella accoglibile dalla rete, è energeticamente più conveniente, arrestare gli aerogeneratori. Charles Banhart, ricorre alla metafora della cassaforte per spiegare il concetto: “come non ha senso comperare una cassaforte da 100 dollari per custodire un orologio da 10, così non conviene realizzare sistemi d’accumulo energeticamente costosi per una risorsa energeticamente economica come l’eolico.
Come evidenziano i grafici seguenti, il costo energetico di sprecare il surplus di produzione arrestando turbine, indicato come “curtailment”, risulta inferiore al costo da sostenere per la realizzazione degli accumuli elettrochimici.

Bilancio_accumuli_eolico

Di fatto perdere energia fermando un impianto eolico incrementa l’EROI della fonte del 10%, mentre accumularla con le batterie lo fa salire dal 20% utilizzando batterie agli ioni di litio ed addirittura del 50% utilizzando quelle al piombo. Quantizzando i miglioramenti che dovrebbero conseguire le batterie per dare un senso allo stoccaggio di energia eolica nelle stesse, bisognerebbe che queste, a parità di energia investita, incrementassero le loro prestazioni: dagli attuali 6000 cicli di carica-scarica delle batterie al litio in commercio, ad almeno 10000-18000 cicli, come spiega Charles Banhart. Davvero ancora tanti passi in avanti da fare sul fronte batterie per rendere l’accumulo di energia un approccio economicamente applicabile ed indifferenziato a tutte le rinnovabili. Secondo un altro autore dello studio, Michael Dale, sarebbe più sensato utilizzare l’energia in eccesso dell’eolico per altri scopi, “come pompare acqua per l’irrigazione o caricare flotte di veicoli elettrici”. Una strada interessante già in via di sperimentazione in Danimarca, davvero molto interessante per il duplice obiettivo che si prefigge di integrazione nella rete delle rinnovabili intermittenti, e della progressiva de carbonizzazione della mobilità. Aldilà di tutte le considerazioni comunque ci sono grandi attese su quello che potranno fare a breve le batterie nelle loro diverse linee di ricerca, ed i margini enormi di miglioramento ci sono davvero tutti, come quello di cui avevo parlato solo pochi giorni fa, sul quale sta lavorando il MIT, relativo a sistemi di accumulo ad “elettrodi liquidi” (vedi post  “Stoccaggio dell’energia a basso costo: una possibile soluzione di svolta dal MIT”).

Sauro Secci

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