Immagina dei pannelli solari che non solo generano elettricità durante le ore diurne, ma possono anche immagazzinare l'energia in eccesso per l'uso notturno o nelle giornate nuvolose. Questa capacità trasformativa sta diventando realtà grazie alle tecnologie avanzate di accumulo di energia, che fungono da enormi serbatoi che convertono l'energia rinnovabile intermittente in energia stabile e affidabile.

I sistemi di accumulo di energia catturano e conservano l'energia in varie forme per un uso successivo. Le tecnologie attuali rientrano in quattro categorie principali:

• Accumulo elettrochimico: Sistemi a batteria, tra cui litio-ioni, batterie a flusso, piombo-acido e le emergenti tecnologie agli ioni di sodio.
• Accumulo termico: Sistemi che utilizzano la capacità termica o materiali a cambiamento di fase, come sali fusi, accumulo di ghiaccio e serbatoi di acqua calda.
• Accumulo meccanico: Soluzioni tra cui pompaggio idroelettrico, aria compressa e sistemi a volano.
• Tecnologie emergenti: Sistemi sperimentali come l'accumulo magnetico superconduttore e l'accumulo a base di idrogeno.

L'accumulo a batteria domina le applicazioni attuali, in particolare nelle implementazioni residenziali, commerciali e su scala di rete. Diverse chimiche delle batterie servono a scopi distinti:

Batterie agli ioni di litio: Questi sistemi ad alta densità energetica alimentano oggi di tutto, dagli smartphone ai veicoli elettrici e ai progetti di accumulo su scala industriale. Un'unità residenziale delle dimensioni di un frigorifero può alimentare una casa per giorni, mentre le installazioni su scala di rete richiedono un uso minimo del suolo: un sistema da 100 MWh occupa meno di mezzo acro.

Batterie a flusso: Caratterizzate da elettroliti liquidi conservati in serbatoi separati, questi sistemi offrono una longevità e una sicurezza eccezionali. Il loro design unico consente la scalabilità indipendente della potenza e della capacità energetica, rendendoli ideali per applicazioni di rete a lunga durata.

Batterie al piombo-acido: Sebbene convenienti e mature, questi sistemi soffrono di una minore densità energetica e di una durata più breve rispetto alle tecnologie più recenti, limitando il loro utilizzo ad applicazioni come le batterie di avviamento per autoveicoli e l'alimentazione di backup.

Batterie agli ioni di sodio: Emergenti come alternativa potenzialmente a basso costo ai sistemi agli ioni di litio, queste batterie sfruttano abbondanti risorse di sodio, ma attualmente sono in svantaggio in termini di densità energetica e durata del ciclo.

I sistemi termici immagazzinano energia attraverso cambiamenti di temperatura o transizioni di fase in vari materiali:

Accumulo di sali fusi: Le centrali solari a concentrazione utilizzano questi sistemi ad alta temperatura per estendere la generazione di elettricità oltre le ore diurne, migliorando significativamente l'affidabilità.

Accumulo di ghiaccio: Gli edifici commerciali sfruttano l'elettricità fuori picco per creare ghiaccio per il raffreddamento diurno, riducendo le spese per la domanda di picco e migliorando l'efficienza della rete.

Accumulo di acqua calda: I sistemi di teleriscaldamento e gli impianti industriali utilizzano serbatoi d'acqua su larga scala per bilanciare l'offerta e la domanda termica.

Questi sistemi trasformano l'energia elettrica in energia cinetica o potenziale:

Pompaggio idroelettrico: Il metodo di accumulo su larga scala più consolidato utilizza l'elettricità in eccesso per pompare l'acqua in salita, rilasciandola successivamente attraverso le turbine quando necessario. Sebbene altamente efficienti, questi sistemi richiedono caratteristiche geografiche specifiche e aree di terreno significative.

Aria compressa: Le caverne sotterranee immagazzinano aria pressurizzata che aziona le turbine durante lo scarico. Questi sistemi offrono una capacità sostanziale, ma attualmente affrontano sfide di efficienza.

Volani: Le masse rotanti forniscono tempi di risposta estremamente rapidi misurati in secondi, rendendoli ideali per la regolazione della frequenza e le applicazioni di backup critiche. Alcuni sistemi recuperano l'energia di frenata dai treni o mantengono l'alimentazione durante brevi interruzioni di rete.

I sistemi sperimentali mostrano promesse, ma sono ancora in fase di sviluppo:

Accumulo magnetico superconduttore: Questi sistemi ultra efficienti immagazzinano elettricità in campi magnetici, ma richiedono il raffreddamento criogenico, rendendoli proibitivamente costosi per la maggior parte delle applicazioni.

Accumulo di idrogeno: L'elettrolisi converte l'elettricità in eccesso in gas idrogeno, che può essere immagazzinato a tempo indeterminato e successivamente riconvertito in elettricità tramite celle a combustibile, sebbene con significative perdite di energia.

L'accumulo di energia offre molteplici vantaggi ai moderni sistemi di alimentazione:

• Consentire una maggiore penetrazione delle energie rinnovabili, attenuando la generazione intermittente
• Fornire servizi di rete, tra cui la riduzione dei picchi e la regolazione della frequenza
• Ridurre i costi del sistema ottimizzando l'utilizzo delle risorse di generazione
• Migliorare l'affidabilità attraverso le capacità di alimentazione di backup

Lo Stato di New York ha stabilito ambiziosi obiettivi di accumulo: 1.500 MW entro il 2025 e 6.000 MW entro il 2030, supportati da programmi di incentivazione volti a beneficiare le comunità svantaggiate. Molti integratori di sistemi ora impiegano approcci technology-agnostic, utilizzando software avanzati per ottimizzare le combinazioni di tecnologie di accumulo per applicazioni specifiche.

Poiché i costi continuano a diminuire e le prestazioni migliorano, l'accumulo di energia è destinato a svolgere un ruolo sempre più vitale nella transizione globale verso sistemi energetici puliti, resilienti ed efficienti.