1. Cos'è un ESS? Uno sguardo ai sistemi di accumulo di energia.
L'immagazzinamento di energia è il processo di trasformazione dell'energia in una forma che possa esistere in natura in modo più affidabile e di conservazione in modo da renderla disponibile quando necessario. Quando l'energia viene creata, trasformata, trasferita e utilizzata, spesso si verificano differenze tra domanda e offerta in termini di quantità, forma, distribuzione e tempo. L'utilizzo di tecnologie di accumulo energetico per immagazzinare e rilasciare energia può livellare queste differenze. Ciò renderà l'offerta e la domanda di energia più equilibrate e aumenterà l'efficienza energetica. L'energia meccanica, termica, chimica, radiante (luminosa), elettromagnetica, nucleare e altri tipi di energia possono essere suddivisi in diversi gruppi. Oltre all'energia radiante, tutti gli altri tipi di energia possono essere immagazzinati in forme standard. Ad esempio, l'energia meccanica può essere immagazzinata come energia cinetica o potenziale, l'energia elettrica come energia di campo indotto o energia di campo elettrostatico, l'energia termica come calore latente o calore sensibile e l'energia nucleare è una forma pura di accumulo di energia. Tra i diversi metodi di accumulo di energia si annoverano l'accumulo idroelettrico a pompaggio, l'accumulo ad aria compressa, l'accumulo a volano, l'accumulo a batteria, l'accumulo termico e l'accumulo a idrogeno.
Attualmente, le batterie sono le tecnologie più comunemente utilizzate per l'accumulo di energia nelle microreti, in quanto si tratta di prodotti collaudati e con una lunga esperienza sul campo. Un sistema di accumulo di energia a batteria è composto da diverse parti, tra cui principalmente il pacco batterie, il sistema di gestione della batteria (BMS), il trasformatore elevatore di tensione, il convertitore bidirezionale di energia (PCS), il sistema di tracciamento dell'energia e altri componenti. In caso di interruzione della rete elettrica, il sistema di accumulo può passare dalla modalità connessa alla rete a quella autonoma. In questo caso, funge da fonte di alimentazione di riserva per l'intera microrete, mantenendo stabili tensione e corrente anche in assenza di connessione alla rete.
2. Scelta di una batteria per l'accumulo di energia
2.1 Batteria al piombo-carbonio
La batteria al piombo-carbonio è un nuovo tipo di dispositivo di accumulo di energia realizzato aggiungendo materiali a base di carbonio con proprietà capacitive all'elettrodo negativo di una normale batteria al piombo-acido. Questo può essere fatto "internamente e" o "internamente misto". Le batterie al piombo-carbonio sono simili sia alle normali batterie al piombo-acido che ai supercondensatori. Possono migliorare notevolmente le prestazioni delle normali batterie al piombo-acido sotto molti aspetti, e questi sono alcuni dei loro vantaggi scientifici:
1. Moltiplicatore di ricarica elevato;
2. La durata del ciclo di vita è 4-5 volte superiore a quella delle normali batterie al piombo-acido;
3. buona sicurezza;
4. Elevato tasso di rigenerazione (fino al 97%), molto superiore a quello delle altre batterie chimiche; abbondanza di materie prime, basso costo, 1,5 volte superiore a quello delle normali batterie al piombo-acido; e il costo delle normali batterie al piombo-acido è circa 1,5 volte superiore a quello di queste batterie. 1,5 volte più potenti di una normale batteria al piombo-acido.
Le prestazioni delle batterie al piombo-carbonio sono notevolmente migliorate rispetto alle tradizionali batterie al piombo-acido. Tuttavia, non è ancora chiaro quale ruolo svolga il carbonio, materiale chiave di queste batterie, nel miglioramento delle prestazioni. L'aggiunta di materiali a base di carbonio può avere effetti negativi, come la precipitazione di idrogeno sull'elettrodo negativo e la conseguente perdita di acqua dalla batteria; si tratta quindi di una questione che deve essere approfondita.
2.2 Batteria al litio
Nel processo di carica e scarica, le batterie agli ioni di litio utilizzano sostanze chimiche contenenti litio come anodo positivo. Nelle batterie agli ioni di litio non è presente litio metallico.
Le batterie agli ioni di litio hanno un elettrodo positivo costituito da composti contenenti litio, come il cobaltato di litio (LiCoO2), il manganato di litio (LiMn2O4), il fosfato di ferro e litio (LiFePO4) e altri materiali a due o tre componenti. L'elettrodo negativo è costituito da composti interstrato di litio e carbonio, come grafite, carbonio morbido, carbonio duro e titanato di litio.
Le batterie agli ioni di litio presentano due vantaggi eccezionali: un'elevata densità di accumulo di energia e un'elevata densità di potenza. Altri vantaggi includono un'elevata efficienza, un'ampia gamma di applicazioni, grande interesse, rapidi progressi scientifici e un ampio margine di crescita. ① Poiché vengono utilizzati elettroliti chimici, sussistono elevati rischi per la sicurezza; è necessario migliorare la sicurezza.
2.3 Scelta di una batteria per l'accumulo di energia
Un'analisi delle differenze tra questi due tipi di batterie per l'accumulo di energia in termini di profondità di scarica, intervallo di temperatura di funzionamento e durata del ciclo di vita.
La tabella sopra riportata mostra che le batterie al piombo-carbonio hanno una breve durata del ciclo di vita e rilasciano idrogeno, che è pericoloso. Le batterie al litio ferro fosfato, d'altra parte, possono funzionare in un intervallo di temperature e hanno una lunga durata del ciclo di vita, un'elevata efficienza di trasferimento energetico e un'alta densità energetica.
Per questo motivo, le batterie al litio ferro fosfato sono la scelta migliore per la maggior parte dei progetti di accumulo di energia.
