L’accumulo dell’energia elettrica, una delle sfide del futuro
Il prof. Prosini dell'ENEA spiega come è possibile accumulare energia elettrica tramite batterie o tramite l'idrogeno, illustrando i vantaggi dei due metodi e mostrando i loro limiti
Nell’ambito della Festa dell’associazione Anfiteatro svoltasi a Colli Aniene il 9 maggio 2015 e grazie all’interessamento del direttore del Centro Ricerche ENEA della Casaccia Ing. Marco Citterio, l’ENEA ha potuto illustrare i principi alla base dell’accumulo elettrico e chimico dell’energia. Il dott. Pier Paolo Prosini dell’Unità Tecnica Fonti Rinnovabili dell’ENEA è intervenuto alla manifestazione e, con alcuni semplici dimostrativi, ha spiegato come è possibile accumulare energia elettrica tramite batterie o tramite l’idrogeno, illustrando i vantaggi dei due metodi e mostrando i loro limiti.
L’accumulo dell’energia elettrica rappresenta una delle sfide del prossimo futuro. Infatti con la crescita della produzione di energia rinnovabile e l’imperativo di ridurre le emissioni di carbonio, la necessità di accumulare energia elettrica su larga scala sta acquistando sempre maggior rilevanza. L’accumulo energetico permette di integrare l’energia rinnovabile prodotta da solare o eolico nella rete elettrica mantenendone un flusso costante anche durante la notte o nelle giornate poco assolate o meno ventose. Non solo lo stoccaggio aiuta a superare il problema della fornitura di energia da fonti energetiche rinnovabili, di per sé aleatoria, ma permette alle reti elettriche di operare in modo più efficiente ed economico. Ci sono tutta una serie di tecnologie per immagazzinare energia, ad esempio elettrochimiche tramite accumulo diretto in batterie o indiretto tramite l’idrogeno o meccaniche quali il pompaggio idrico o turbine azionate da aria compressa. Non esiste una risposta esauriente su quale possa essere la soluzione di stoccaggio migliore ma sicuramente un vantaggio chiave nell’accumulo di energia è che diverse tecnologie possono essere implementate a seconda della richiesta di energia e della situazione geografica.
L’accumulo in batteria è senza dubbio il sistema più efficace e più immediato per lo stoccaggio dell’energia elettrica in quanto questa non deve essere trasformata in altro tipo di energia. Il principale svantaggio è che le batterie non possono essere usate per accumuli massivi principalmente per ragioni di costo. Uno degli obiettivi più stringenti per il prossimo futuro riguarda proprio la necessità di dotarsi di batterie ad elevata densità di energia e con costi adeguati ad una loro produzione massiva. Alternativamente, quando occorre conservare grandi quantità di energia si può far ricorso all’idrogeno. L’energia elettrica è usata in un elettrolizzatore per produrre idrogeno ed ossigeno. L’ossigeno è liberato in atmosfera e l’idrogeno immagazzinato in contenitori pressurizzati o in cavità naturali. L’idrogeno è poi usato in una cella a combustibile per produrre nuovamente l’energia elettrica. Il principale svantaggio di questo sistema è la scarsa efficienza energetica; solo il 30-40% dell’ energia prodotta è poi restituita all’utenza. Le attività dell’ENEA sull’accumulo di energia elettrica sono principalmente svolte all’interno del programma “Ricerca di sistema elettrico”. Questo programma, oltre ad occuparsi dell’accumulo di energia, è finalizzato a ridurre il costo dell’energia elettrica per gli utenti finali, migliorare l’affidabilità del sistema e la qualità del servizio, ridurre l’impatto del sistema elettrico sull’ambiente e sulla salute e consentire l’utilizzo razionale delle risorse energetiche in modo da assicurare al Paese le condizioni ideali per uno sviluppo sostenibile.
Le attività della “Ricerca di Sistema elettrico” sono finanziate dai “contributi per ricerca e sviluppo” che i consumatori finali versano con la componente A5 della bolletta elettrica. L’ammontare di questa componente viene fissato dall’Autorità per l’Energia Elettrica e il Gas (AEEG).
All’interno del programma “Ricerca di Sistema elettrico” l’accumulo di energia riveste un ruolo molto importante. Infatti l’accumulo di energia è da sempre considerato una delle principali soluzioni per migliorare la flessibilità e l’efficienza delle reti elettriche. Tali esigenze sono cresciute con l’evoluzione del sistema di generazione e distribuzione dell’energia elettrica, con un più ampio uso delle fonti rinnovabili e della generazione distribuita, e con la diversificazione degli usi finali. I sistemi di accumulo sono già usati in diverse applicazioni nelle reti elettriche. Il pieno sviluppo delle potenzialità di tali sistemi richiede nuove attività di ricerca per rendere i vari metodi di accumulo sempre più rispondenti alle specifiche necessità della rete elettrica.
Tra le varie tecnologie sviluppate, le batterie al litio sono il sistema di accumulo, di tipo elettrochimico, più interessante e in maggiore sviluppo per i numerosi vantaggi tecnici ed economici che presentano.
Nell’ambito della Ricerca di Sistema Elettrico, sono stati condotti da ENEA studi su applicazioni innovative di sistemi di accumulo (batterie e supercondensatori) per uso industriale e terziario, con valutazioni tecnico-economiche, simulazioni e realizzazione di prototipi e impianti per la sperimentazione sul campo in condizioni reali.
Il progetto, avviato nel 2008, è rivolto alla ricerca su batterie al litio e altri sistemi di accumulo e alla valutazione delle soluzioni più adatte per la rete elettrica italiana. Le attività del progetto si articolano in cinque obiettivi, corrispondenti a quattro linee di ricerca e una linea specifica per le attività̀ di supporto ai Ministeri e collaborazioni internazionali.
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