Sistemi di accumulo di energia: l’importante è avere un “volano”

power_store_abbQuello delle tecnologie di accumulo di energia elettrica è un tema a me molto caro e trattato più volte dalle pagine del mio blog, anche per la sua grandissima strategicità, nel completamente della rivoluzione energetica in atto, verso una generazione distribuita e fortemente basate sulle energie pulite. Questa volta vorrei approfondire una delle tecnologie di accumulo alternativa a quelle elettrochimiche, su cui sono basate molti degli attuali accumulatori che noi troviamo già nella nostra vita, cioè quella di matrice meccanica dei volani. Si tratta di una delle tecnologie tra le meno note al grande pubblico, ma non per questo meno interessanti. Una applicazione davvero interessante per questa tecnologia arriva da parte di un grande produttore di soluzioni a livello mondiale come ABB, in un contesto applicativo molto interessante come quello delle microreti o “microgrid”, sulle quali esistono interessanti sperimentazioni in corso in Italia (vedi post “Generazione distribuita e nuovo modello energetico: nel Campus di Savona il primo caso di smart microgrid italiana“) ed anche autentiche implementazioni in campo, come in Germania (vedi post “Smart grid e rinnovabili 100%: si può fare!“). In questo caso ABB, sta implementando proprio il suo sistema “Power Store” (di cui è scaricabile lakodiak-map brochure in calce al post), sulla tecnologia commerciale di accumulo di energia a volano, conosciuta anche come “flywheel” (ruota volante), integrata in un sistema di batterie nell’isola di Kodiak, in Alaska (mappa a destra), consentendo l’integrazione di una quantità maggiore di energia rinnovabile prodotta da un parco eolico. ABB ha affermato che adotterà la propria soluzione per affrontare le sfide della stabilità della rete nell’isola, attraverso la Kodiak Electric Association (KEA), una cooperativa di proprietà di residenti di Kodiak Island, che gestisce una micro-rete che genera la quasi totalità dei 28 MW di potenza elettrica, da idroelettrico ed eolico e che ha selezionato ABB per il progetto. Nello specifico ABB integrerà due generatori di stabilizzazione di rete Power Store da 1 MW, nel quale i volani immagazzineranno energia a breve termine ed assorbendo ed immettendo potenza reale e reattiva nella micro-rete. ABB dichiara che con il nuovo sistema contribuirà a prolungare la vita di due sistemi di batterie da 1,5 MW dell’isola, gestendo le intermittenze del parco eolico da 9 MW in esercizio. Secondo Claudio Facchin, responsabile Power Systems di ABB, “Siti remoti come le isole possono essere ricchi di fonti di energia rinnovabili, ma la natura intermittente rende la loro integrazione nella rete elettrica una sfida, la soluzione innovativa di ABB, come in questo caso, include la tecnologia di stabilizzazione che consente un’elevata penetrazione di generazione di energia da fonti rinnovabili e sistemi di controllo distribuiti che forniscono una gestione intelligente ed efficiente degli impianti di alimentazione ibrida”. Un intervento significativo che sarà messo ancor più a dura prova, perchè contestuale ad un altro importante adeguamento low-carbon, intrapreso nell’isola di Kodiak, riguardante l’omonima città portuale, dove, in collaborazione con Horizon Lines, si è deciso di modificare la esistente gru diesel con un nuovo azionamento elettrico. L’installazione di una gru più grande ed a trazione elettrica, potrebbe generare delle fluttuazioni di potenza destabilizzanti per una rete isolata come quella di Kodiak Island. Secondo ABB, nonostante ciò, le unità PowerStore potranno fornire la tensione e la frequenza di supporto per la nuova gru elettrica, come rimarca Darron Scott, Presidente e CEO di KEA, secondo il quale “l’espansione della potenza della gru ha rappresentato una sfida perché significava che avremmo dovuto contare maggiormente sui nostri generatori a fossili. Non solo la soluzione ABB consentirà di rispondere ai picchi di carico della gru, ma sarà anche in grado di ridurre le sollecitazioni poste sui nostri sistemi di batterie ed estendere la loro durata di vita”. Una soluzione davvero interessante e di grandissima utilità, ritornando ad un tema di grane importanza come quella della “de carbonizzazione energetica” delle nostre bellissime perle delle isole minori, violentate da decenni di combustibili fossili per le loro necessità energetiche (vedi post ““Energia in isola”: Le perle italiane delle “isole minori” gridano vendetta aspettando le energie pulite dopo anni “neri” di sprechi“). Qualche informazione generale anche su questo sistema di accumulo meccanico di energia come il “volano”. Si tratta di una tecnologia di accumulo utilizzata anche in ambito aerospaziale dalla NASA e consistente in dispositivi elettromeccanici in grado di accumulare energia, sfruttando l’energia cinetica posseduta da una massa posta in rotazione attorno ad un asse verticale. Affinché l’energia accumulata possa essere immessa nella rete elettrica, questi dispositivi sono accoppiati a macchine elettriche reversibili, che fungono da:

  • motore nelle fasi di ricarica con volano che viene portato a un numero di giri di rotazione pari a quelli nominali;
  • generatore nelle fasi di scarica, con il regime del volano a velocità decrescente.

Nei volani di più piccole dimensioni si raggiungono velocità di rotazione del rotore anche superiori a 100.000 giri al minuto. Si tratta di dispositivi che per la loro gestione dei diversi regimi di rotazione, alcuni dei quali con velocità molto elevate, hanno determinato innovativi approcci risolutivi generali come:

  • studio e impiego di nuove leghe metalliche più resistenti: impiegate per evitare che il volano letteralmente esploda a causa delle enormi forze centrifughe associate alle elevate velocità di rotazione;
  • inserimento del volano in robusti contenitori cilindrici con un grado di vuoto: all’interno dei quali viene mantenuto un certo grado di vuoto al fine di ridurre rumorosità ed attriti aerodinamici del rotore;
  • utilizzo di cuscinetti a sospensione magnetica: per eliminare l’attrito, con la presenza di alcuni cuscinetti tradizionali di backup, pronti ad intervenire in caso di guasto alla sospensione magnetica;
  • inserimento e prelievo dell’energia senza contatto meccanico: per esempio sfruttando il fenomeno dell’induzione magnetica.

Relativamente alla parte costruttiva dei volani, essi sono costituiti da un monoblocco che non necessita di avvolgimenti elettrici. non dà luogo ad eccessive vibrazioni, non necessita di un sistema di contatti striscianti, e dispone di elevata robustezza, non richiede la presenza di un sistema di raffreddamento.
A seguire una schematizzazione dei componenti di un sistema di accumulo a volano (sulla sinistra) e lo schema e la struttura di prodotto commerciale come il volano della Beacon Power da 6 kWh prodotto dalla Beacon Power con una durata di vita di oltre 20 anni con ridotta manutenzione (sulla destra).

dettaglio_volanobeacon_power
Un semplice video che ci introduce al principio dei volani per accumulo di energia elettrica (FlyWheel)

ed anche un breve video che entra nel merito degli aspetti costruttivi di Beacon Power

Sauro Secci

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3 risposte a Sistemi di accumulo di energia: l’importante è avere un “volano”

  1. Barbara ha detto:

    Buongiorno Sauro, mi occupo di comunicazione nel campo della generazione di energia, incluse le microreti per ABB. Ho trovato per caso il suo blog che dedica ampio spazio alla tecnologia ABB per le reti remote e isolate. Sono lieta che l’argomento e la tecnologia relativa la abbiano interessata. Sui nostri siti potra’ trovare tanti nuovi spunti per ulteriori riflessioni in materia, inlcusi video di progetti e iniziative

    http://new.abb.com/power-generation/microgrids-solutions
    http://new.abb.com/power-generation/power-generation-videos
    http://new.abb.com/wind-for-prosperity

    Solo una precisazione: il sistema di stabilizzazione di rete ABB si chiama PowerStore e non Power Stone, come citato nel suo articolo.

    Sono a disposizione per approfondimenti,
    Cordiali saluti,

    Barbara

    • saurosecci ha detto:

      Grazie carissima Barbara,

      sono contento di allargare la rete e trovare argomenti di interesse e di condivisione. Mi sono occupato per 35 anni di monotiraggio ambientale in ENEL per poi passare alle rinnovabili. Ho da sempre contatti con la vostra divisione inverter ex Power One, con la quale ho anche collaborato nel corso degli anni. Quello che state facendo nel cruciale ambito delle smart grids e di grande rilevanza, in linea con la vostra grandissima esperienza nei sistemi energetici. Grazie ancora e teniamoci in contatto.
      Sauro Secci

    • saurosecci ha detto:

      Corretto l’errore

      mi scusi tanto

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