Immagazzinare l'elettricità per rifornirsi di energia rinnovabile

Raggiungere un equilibrio tra domanda e offerta di elettricità

È la sfida posta dalle energie rinnovabili. In un momento in cui la quota di energia eolica e solare è in crescita, padroneggiare lo stoccaggio appare essenziale. Dalle soluzioni collettive o individuali già in atto alla ricerca in corso, a che punto siamo? Inventario.

Questo è uno degli argomenti più banali degli oppositori dell'energia eolica o solare: l'intermittenza. A seconda delle condizioni meteorologiche o della presenza di luce solare, queste energie rinnovabili (RE) non sono sempre in linea con la domanda di elettricità. Tuttavia, gli obiettivi fissati dallo Stato non lasciano ambiguità. Con il 40% della produzione di elettricità proveniente da energie rinnovabili entro il 2030, la transizione energetica accelererà notevolmente. In questo contesto, l'aumento della capacità di stoccaggio e le innovazioni sono necessari per sostenere l'aumento delle energie rinnovabili.

Produrre è immagazzinare

Le centrali solari termodinamiche hanno un grande vantaggio. Consentono di continuare a produrre elettricità dopo il tramonto. Esistono diverse tecnologie, ma il principio rimane lo stesso: concentrare i raggi solari utilizzando uno specchio per riscaldare un fluido termovettore (olio o sali fusi). Questo fluido può quindi essere immagazzinato e trasformato in vapore per far funzionare una turbina. In questo modo, la produzione di elettricità può essere prolungata di 16 ore. Gli impianti possono quindi funzionare giorno e notte con il massimo del sole. Ecco perché attualmente si trovano in California, nel sud della Spagna e in Marocco. Resta il fatto che il costo per kWh è più costoso del fotovoltaico.

Powerline

Se l'elettricità non può essere immagazzinata in modo sostenibile ed efficiente, esistono soluzioni mature. È il caso delle centrali elettriche di pompaggio (PSHP). Il principio è semplice e consente di immagazzinare grandi quantità di energia elettrica sotto forma di... acqua. Situata in bacini a diverse altitudini, l'acqua può essere pompata o rilasciata (turbinata). Il pompaggio utilizza la produzione di elettricità in eccesso. Al contrario, le turbine iniettano elettricità per soddisfare i picchi di consumo. Questa è la soluzione di storage più utilizzata al mondo. La metà degli oltre 400 PSHP operativi si trova in Europa. A livello individuale, un'altra soluzione ben nota sono i serbatoi di acqua calda. In combinazione con i pannelli fotovoltaici, possono poi rilasciare energia in un secondo momento sotto forma di calore.

Nelle batterie

Stazionarie e decentralizzate, le batterie sono un altro metodo di accumulo, anche se con intensità inferiore. Possono soddisfare le esigenze di autoconsumo fotovoltaico di singoli individui o essere impiegati in microgrid. Solo la loro densità di energia (numero di kWh per kg o litro) rappresenta ancora una barriera. Se il XX secolo è stato costruito sul petrolio, è a causa di una densità di energia 35 volte superiore a quella di una batteria al litio. E anche se questo metallo raro e costoso fosse sostituito dagli ioni di sodio, gli impatti ambientali sarebbero tutt'altro che soddisfacenti. Inoltre, nessuna batteria offre la densità di energia necessaria per un accumulo di massa sulla scala richiesta dalla transizione energetica.

L'ora H2

La speranza potrebbe quindi venire dall'idrogeno? «Power to Gas» trasforma l'elettricità in eccesso da fonti rinnovabili in idrogeno. Per fare ciò, la corrente elettrica attraversa l'acqua per scomporne le molecole e separare l'ossigeno dall'idrogeno. È quest'ultimo che può essere immagazzinato e trasportato nelle reti di gas naturale. Lungi dall'avere l'efficienza di STePS, «Power to Gas» ha l'immenso vantaggio di poter essere utilizzato ovunque, a differenza dello stoccaggio idraulico. I progetti sono stati lanciati di recente. Engie sta sviluppando soluzioni per l'edilizia abitativa e la mobilità a Dunkerque e GRTgaz sta costruendo un dimostratore industriale Jupiter1000 a Fos-sur-Mer.

Energia da aria compressa

Molto meno noto è lo stoccaggio di aria compressa. Ciò comporta la compressione della produzione di elettricità in eccesso. Iniettato sotto pressione in un serbatoio, viene poi rilasciato da una turbina per soddisfare il fabbisogno di energia elettrica. Tuttavia, la compressione provoca il riscaldamento dell'aria, che deve essere raffreddata. Lo stesso vale per la decompressione: l'aria deve essere riscaldata prima di essere immessa nella turbina. Per evitare le perdite di energia causate da questi passaggi, è attualmente in fase di sviluppo una soluzione. Sebbene lo stoccaggio di aria compressa rimanga tecnicamente complesso da implementare, offre il vantaggio di grandi capacità di stoccaggio, il che spiega il boom di progetti in tutto il mondo.

In sintesi

Sebbene esistano soluzioni di archiviazione e molti fattori ne giustificano lo sviluppo, sorge costantemente la questione dei costi. Certamente, le batterie potrebbero essere il modo più ovvio per far corrispondere domanda e offerta sulla rete elettrica. Tuttavia, molti vincoli tecnici, normativi ed economici ne frenano lo sviluppo. Non dovremmo ridurre ulteriormente gli impatti ambientali? Limitare l'autoscarica? Una cosa è certa: per la maggior parte delle tecnologie citate, è necessario compiere significativi sforzi di ricerca e sviluppo per raggiungere soluzioni economicamente valide. Il recente aumento dei prezzi del petrolio e previsioni dei prezzi del petrolio greggio fino al 2025[1] potrebbe, tuttavia, contribuire a sbloccare gli investimenti necessari per la transizione energetica.

Cyrille Arnoux, responsabile editoriale web

[1] Previsioni dei prezzi del petrolio e del gas di Deloitte, 30 giugno 2018.