Col crescere della diffusione delle rinnovabili troveranno più spazio sistemi di accumulo in grado di immagazzinare a lungo l’energia green. Secondo un rapporto di McKinsey, già nel 2025 si potrebbero avere sistemi di accumulo di lunga durata per 25-35 GW, ed entro il 2040 potrebbero arrivare a 1.500–2.500 GW. Nello Utah si sta costruendo il più grande impianto di accumulo di idrogeno generato da rinnovabili al mondo. L’Advanced Clean Energy Storage, un progetto da un miliardo di dollari per la metà finanziato dal governo, prevede l’installazione di elettrolizzatori per 220 MW alimentati da rinnovabili e lo stoccaggio dell’idrogeno in due caverne di sale, ognuna delle dimensioni dell’Empire State Building, poste sotto una centrale a carbone da dismettere. Sperimentazioni avanzate anche in Europa


L’analisi di GIANNI SILVESTRINI, direttore scientifico Kyoto Club e presidente Exalto

UNA LEGITTIMA PREOCCUPAZIONE rispetto all’espansione su larga scala del solare e dell’eolico riguarda i problemi connessi dall’intermittenza. Eppure, anno dopo anno, la loro quota aumenta senza complicazioni per la gestione della rete. Visto che da noi si è riaperto il dibattito sul nucleare, la disponibilità sul medio periodo di queste soluzioni rappresenta un solido argomento per dare credibilità ai percorsi spinti sulle rinnovabili proposti da diversi paesi, a iniziare dalla Germania, ma anche dall’Italia e da molti Stati Usa.

In Germania è passato molto tempo da quando i gestori delle reti elettriche tedesche nel 1993 comprarono uno spazio sul giornale “Die Zeit” per dire che «Sole, Vento e Idroelettrico non avrebbero potuto garantire più del 4% del fabbisogno tedesco». Nel 2021 la Germania ha garantito con le rinnovabili il 41% della domanda elettrica e ci sono paesi, come Spagna, Portogallo e Irlanda, nei quali la coppia di solare e l’eolico copre un terzo della domanda elettrica per arrivare alla Danimarca dove il vento ha rappresentato il 48,6% della produzione.

Interno di un container batteria

E proprio la Germania deve rapidamente affrontare il tema degli accumuli di lunga durata. La nuova coalizione di governo tedesco aveva infatti già deciso di raggiungere l’80% di energia rinnovabile nel consumo di elettricità entro il 2030.  Ma poco dopo l’aggressione russa all’Ucraina ha alzato l’obiettivo portandolo al 100 per cento entro il 2035. Le batterie ormai vengono normalmente abbinate agli impianti fotovoltaici. In Germania supereranno il mezzo milione nel corso di quest’anno. Il successo delle batterie al litio, è legato all’aumento delle loro prestazioni e della competitività, con una riduzione dei prezzi dell’89% nel periodo 2010-2021 e con un ulteriore dimezzamento previsto nel 2030.

L’uscita completa dal nucleare nel 2022 e dal carbone all’inizio del prossimo decennio comporterà però un innalzamento della sfida che riguarderà l’accumulo di lunga durata. Bisognerà cioè evitare che si materializzino i periodi di “Dunkleflaute”, nei quali manca il sole e non soffia il vento, e garantire la continuità degli approvvigionamenti. La corsa a batterie con prestazioni sempre maggiori è già partita, come dimostra il sistema da 400 MW/1.600 MWh realizzato vicino a San Francisco. In tutti gli Stati Uniti sono previsti nuovi sistemi di accumulo per 10 GW tra il 2021 e il 2023, dieci volte la potenza complessiva presente nel 2019. E si stima che nel Regno Unito nel 2035 circa metà del fabbisogno di accumulo energetico (46 GW) sarà di lunga durata.

Storage Enel Greenpower negli Stati Uniti

È chiaro che al crescere della diffusione delle rinnovabili troveranno sempre maggior spazio sistemi di accumulo in grado di immagazzinare energia per giorni, settimane o mesi. Secondo un rapporto di McKinsey, già nel 2025 si potrebbero avere sistemi di accumulo di lunga durata (considerando sistemi in grado di stoccare elettricità da 8 ore a più giorni) per 25-35 GW, ed entro il 2040 potrebbero arrivare a 1.500–2.500 GW.  Sono in via di sperimentazione una molteplicità di soluzioni tecnologiche.

Tra queste troviamo i sistemi Caes (ad aria compressa), nei quali l’energia elettrica serve a comprimere l’aria che può essere quindi stoccata in caverne sotterranee. L’energia immagazzinata può essere rilasciata per azionare un espansore, che a sua volta aziona un generatore per produrre elettricità. In California nei prossimi anni verranno installati due impianti da 400 MW e 500 MW in grado di accumulare per 8 ore. 

Flywheel energy storage (Fes) usato dalla Nasa

Naturalmente ci sono molte altre soluzioni tecnologiche, come i sistemi di accumulo a volano (Fes – Flyweel Energy Storage) o l’accumulo a sali fusi (che già si utilizza nelle centrali solari termodinamiche). Una soluzione sperimentale che desta un certo interesse è quella del Power to Gas che sfrutta la produzione di idrogeno da rinnovabili che, a sua volta, può essere trasformato in metano combinandolo con la Co2.  Il primo impianto è stato realizzato in Germania nel 2013 e altri 50 impianti sono stati realizzati o programmati nel paese.

L’accumulo con idrogeno conservato in caverne di sale rappresenta una soluzione molto interessante. Nello Utah si sta costruendo il più grande impianto di accumulo di idrogeno generato da rinnovabili al mondo. L’Advanced Clean Energy Storage, un progetto da un miliardo di dollari per la metà finanziato dal governo, prevede l’installazione di elettrolizzatori per 220 MW alimentati da rinnovabili e lo stoccaggio dell’idrogeno in due caverne di sale, ognuna delle dimensioni dell’Empire State Building, poste sotto una centrale a carbone da dismettere. Quando servirà, l’idrogeno verrà miscelato al 30% con il metano per alimentare una centrale a gas da 840 MW e, in una fase successiva, la centrale verrà alimentata esclusivamente a idrogeno.

Ci sono naturalmente i sistemi di pompaggio idraulico, utilizzati da molto tempo e che possono fornire servizi anche a nazioni limitrofe. Per esempio tra la Germania e la Norvegia è stato installato NordLink un cavo che consente di esportare l’energia in eccesso dagli impianti eolici e solari tedeschi, pompando acqua nei serbatoi di pompaggio e trasferire elettricità alla Germania quando la produzione rinnovabile è insufficiente. L’Italia ha una capacità di accumulo da pompaggio di 7,6 GW ma il loro utilizzo negli ultimi anni è fortemente calato, tanto che nel 2019 hanno prodotto poco più di un quinto rispetto ai valori del 2002, anno di picco storico di utilizzo.

Alternatore di una stazione idroelettrica di pompaggio in Trentino Alto Adige

Il coordinamento Free ha avanzato una proposta interessante per il loro utilizzo nel nuovo contesto di forte crescita rinnovabile. Aggregando la generazione fotovoltaica al Nord e quella eolica e/o fotovoltaica al Sud, infatti, in alcuni orari potrebbe essere conveniente utilizzarne una parte per alimentare gli impianti di pompaggio. Secondo un rapporto Rse, il potenziale di accumulo italiano si può decisamente espandere e sono stati individuati «8 possibili collegamenti con impianti di pompaggio di media-grande taglia (100-500 MW) tra laghi naturali e artificiali e 4 siti lungo la costa meridionale e nelle isole potenzialmente idonei all’installazione di impianti di pompaggio marino della medesima taglia».

In conclusione, in questo decennio utilizzeremo tecnologie di accumulo per 4-12 ore consecutive, mentre nel prossimo saranno disponibili stoccaggi per giorni e settimane© RIPRODUZIONE RISERVATA

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L’articolo utilizza parte di un capitolo del libro “Che cos’è l’energia rinnovabile oggi”, a cura di Gianni Silvestrini, Edizioni Ambiente, 2022

Ha svolto attività di ricerca presso il Cnr e il Politecnico Milano, dove è responsabile del master “Ridef – reinventare l’energia”. È stato direttore generale del ministero dell’Ambiente e consigliere di Pierluigi Bersani al ministero delle Sviluppo economico. È direttore scientifico del Kyoto Club un’organizzazione non profit, creata nel febbraio del 1999, costituita da imprese, enti, associazioni e amministrazioni locali, impegnati nel raggiungimento degli obiettivi di riduzione delle emissioni dei gas climalteranti. È anche direttore scientifico della rivista e del portale “QualEnergia” promossi da Legambiente e da Kyoto Club. È presidente di Exalto, una società impegnata nella transizione energetica in atto. Autore di oltre 100 pubblicazioni scientifiche e di cinque libri, fra cui “2 °C - Innovazioni radicali per vincere la sfida del clima e trasformare l’economia”, 2016, e “Le trappole del clima”, 2020, scritto insieme a GB Zorzoli, Edizioni Ambiente.

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