1. Panoramica
Le tecnologie di accumulo di energia possono essere suddivise in due grandi categorie: accumulo fisico e accumulo chimico. L'accumulo fisico comprende tecnologie come l'accumulo idroelettrico a pompaggio, l'aria compressa, l'accumulo a volano, l'accumulo a gravità e l'accumulo a cambiamento di fase. L'accumulo chimico comprende le batterie agli ioni di litio, le batterie a flusso, le batterie agli ioni di sodio e le tecnologie di accumulo di idrogeno (ammoniaca).
Per "nuovi sistemi di accumulo energetico" si intendono le tecnologie di accumulo che producono principalmente energia elettrica, escludendo gli impianti idroelettrici a pompaggio. Rispetto a questi ultimi, le nuove tecnologie offrono flessibilità di installazione, tempi di costruzione ridotti, tempi di risposta rapidi e diverse caratteristiche funzionali.
Le nuove tecnologie di accumulo di energia trovano ampia applicazione in diversi settori del sistema elettrico, modificando profondamente le caratteristiche operative dei sistemi tradizionali. Sono diventate elementi indispensabili per il funzionamento sicuro, stabile ed economico dei sistemi di alimentazione.
2. Accumulo di energia meccanica
L'accumulo di energia meccanica comprende principalmente l'accumulo di energia ad aria compressa e l'accumulo di energia tramite volano.
Accumulo di energia ad aria compressa (CAES): il CAES utilizza l'elettricità in eccesso durante i periodi di bassa domanda per comprimere l'aria, che viene immagazzinata e successivamente rilasciata durante i periodi di picco della domanda per generare energia azionando una turbina a gas. Il CAES è adatto ad applicazioni su larga scala come i parchi eolici grazie alla sua capacità di ridurre i picchi di domanda, ma richiede specifiche condizioni geografiche.
Accumulo di energia tramite volano: questo metodo utilizza l'energia elettrica per accelerare un rotore posto sottovuoto, convertendo l'energia elettrica in energia cinetica da immagazzinare. L'accumulo di energia tramite volano è caratterizzato da brevi durate di scarica e capacità ridotte, il che lo rende ideale per applicazioni come i gruppi di continuità (UPS) e la regolazione della frequenza. Tuttavia, la sua densità energetica è relativamente bassa, consentendo di erogare potenza solo per pochi secondi o minuti.
3. Accumulo di energia elettrochimica
L'accumulo elettrochimico di energia è un settore di primaria importanza che comprende diverse tipologie di batterie:
Batterie agli ioni di litio: la tecnologia di accumulo elettrochimico più matura e diffusa, attualmente in produzione su larga scala e con la crescita più rapida e la maggiore quota di mercato.
Batterie al piombo-acido: queste batterie hanno elettrodi costituiti principalmente da piombo e suoi ossidi con un elettrolita di acido solforico. Rappresentano una tecnologia consolidata con prestazioni stabili, ma presentano i problemi di lunghi tempi di ricarica, elevato inquinamento e durata limitata.
Batterie a flusso: ancora in fase di dimostrazione, le batterie a flusso possono essere classificate, in base al loro sistema elettrolitico, in batterie a flusso redox al vanadio, batterie a flusso zinco-ferro, batterie a flusso zinco-bromo e batterie a flusso ferro-cromo. Le batterie a flusso redox al vanadio sono le più commercializzate, mentre le altre stanno accelerando verso l'industrializzazione.
Batterie agli ioni di sodio: queste batterie utilizzano l'intercalazione e la deintercalazione di ioni di sodio tra anodo e catodo per la carica e la scarica. La tecnologia agli ioni di sodio è ancora sperimentale e oggetto di ulteriori ricerche e test.
4. Accumulo di energia elettromagnetica
L'accumulo di energia elettromagnetica comprende l'accumulo di energia magnetica superconduttiva (SMES) e l'accumulo di energia tramite supercondensatori, adatti ad applicazioni che richiedono una scarica rapida e un'elevata potenza.
Accumulo di energia magnetica superconduttiva (SMES): immagazzina energia elettrica in un campo magnetico con capacità di carica/scarica rapide e alta densità di potenza. Nonostante la disponibilità di prodotti SMES commerciali a bassa e alta temperatura, la loro applicazione nelle reti elettriche rimane limitata a causa degli alti costi e della complessa manutenzione dei materiali superconduttori, il che li mantiene in fase sperimentale.
I supercondensatori immagazzinano energia elettrica utilizzando principi elettrostatici, con una bassa tensione di tenuta del materiale dielettrico. Pertanto, i supercondensatori hanno una capacità di accumulo di energia limitata, una bassa densità di energia e costi di investimento elevati.
5. Accumulo di energia chimica
L'accumulo di energia chimica si riferisce principalmente alle tecnologie di stoccaggio dell'idrogeno. Queste convertono l'elettricità intermittente o in eccesso in idrogeno tramite elettrolisi per l'immagazzinamento, che può essere riconvertito in energia elettrica utilizzando celle a combustibile o altri dispositivi di generazione quando necessario.
Secondo lo studio "Development Path Research of Hydrogen Energy Storage Peak Shaving Stations" di Polaris, l'attuale efficienza di generazione di energia dei sistemi a celle a combustibile a idrogeno è di circa il 45%. Considerando la perdita di energia durante l'elettrolisi dell'acqua, l'efficienza complessiva del sistema di generazione di energia tramite accumulo di idrogeno si attesta intorno al 35%. Migliorare l'efficienza di conversione energetica è una sfida cruciale e lo sviluppo industriale su larga scala dell'accumulo di energia a idrogeno richiederà tempi considerevoli.
