A volte due è meglio di uno. L’abbinamento dell’energia solare con le tecnologie di stoccaggio è uno di questi casi. Il motivo: non sempre l'energia solare viene prodotta nel momento in cui l'energia è più necessaria. Consumo energetico di picco spesso si verifica pomeriggi e sere d'estate quando la produzione di energia solare sta diminuendo. Le temperature possono essere più calde in questi periodi e le persone che lavorano durante le ore diurne tornano a casa e iniziano a utilizzare l’elettricità per rinfrescare le loro case, cucinare e far funzionare gli elettrodomestici.
Lo stoccaggio aiuta l'energia solare a contribuire alla fornitura di elettricità anche quando il sole non splende. Può anche aiutare ad attenuare le variazioni nel modo in cui l’energia solare fluisce sulla rete. Queste variazioni sono attribuibili ai cambiamenti nella quantità di luce solare che colpisce fotovoltaico (PV) pannelli o concentrare l’energia solare-termica (CSP). La produzione di energia solare può essere influenzata dalla stagione, dall’ora del giorno, dalle nuvole, dalla polvere, dalla foschia o da ostacoli come ombre, pioggia, neve e sporco. A volte lo stoccaggio dell’energia è collocato insieme o accanto a un sistema di energia solare, e talvolta il sistema di stoccaggio è autonomo, ma in entrambe le configurazioni può aiutare a integrare in modo più efficace il solare nel panorama energetico.
Che cos'è l'accumulo di energia?
“Immagazzinamento” si riferisce a tecnologie in grado di catturare l’elettricità, immagazzinarla come un’altra forma di energia (chimica, termica, meccanica) e quindi rilasciarla per l’uso quando necessario. Batterie agli ioni di litio sono una di queste tecnologie. Sebbene l’utilizzo dello stoccaggio dell’energia non sia mai efficiente al 100% (parte dell’energia viene sempre persa nella conversione e nel recupero dell’energia), lo stoccaggio consente l’uso flessibile dell’energia in momenti diversi da quando è stata generata. Pertanto, lo stoccaggio può aumentare l’efficienza e la resilienza del sistema e può migliorare la qualità dell’energia facendo incontrare domanda e offerta.
Gli impianti di stoccaggio differiscono sia per la capacità energetica, che è la quantità totale di energia che può essere immagazzinata (di solito in kilowattora o megawattora), sia per la capacità di potenza, che è la quantità di energia che può essere rilasciata in un dato momento ( solitamente in kilowatt o megawatt). Diverse capacità di accumulo di energia e potenza possono essere utilizzate per gestire compiti diversi. Lo stoccaggio a breve termine che dura solo pochi minuti garantirà che un impianto solare funzioni senza intoppi durante le fluttuazioni di produzione dovute al passaggio delle nuvole, mentre lo stoccaggio a lungo termine può aiutare a fornire fornitura per giorni o settimane quando la produzione di energia solare è bassa o durante un importante evento meteorologico. , Per esempio.
Vantaggi della combinazione di accumulo e solare
Bilanciamento dei carichi elettrici – Senza stoccaggio, l’elettricità deve essere generata e consumata allo stesso tempo, il che può significare che gli operatori di rete interrompono parte della generazione, o la “riducono”, per evitare problemi di sovragenerazione e di affidabilità della rete. Al contrario, potrebbero esserci altri momenti, dopo il tramonto o nelle giornate nuvolose, in cui la produzione solare è scarsa ma la domanda di energia è abbondante. Inserisci lo stoccaggio, che può essere riempito o caricato quando la produzione è elevata e il consumo energetico è basso, quindi erogato quando il carico o la domanda sono elevati. Quando parte dell’elettricità prodotta dal sole viene immagazzinata, l’elettricità può essere utilizzata ogni volta che gli operatori di rete ne hanno bisogno, anche dopo il tramonto. In questo modo, lo stoccaggio funge da polizza assicurativa per il sole.
“Rafforzare” la produzione solare – Lo stoccaggio a breve termine può garantire che rapidi cambiamenti nella generazione non influenzino notevolmente la produzione di un impianto di energia solare. Ad esempio, una piccola batteria può essere utilizzata per superare una breve interruzione di generazione causata da una nuvola di passaggio, aiutando la rete a mantenere una fornitura elettrica “ferma”, affidabile e coerente.
Fornire resilienza – L’energia solare e di stoccaggio possono fornire energia di backup durante un’interruzione elettrica. Possono mantenere operative le strutture critiche per garantire la continuità dei servizi essenziali, come le comunicazioni. Il solare e lo stoccaggio possono essere utilizzati anche per microreti e applicazioni su scala ridotta, come unità di alimentazione mobili o portatili.
Tipi di stoccaggio dell'energia
Il tipo più comune di accumulo di energia nella rete elettrica è l’energia idroelettrica mediante pompaggio. Ma le tecnologie di accumulo più frequentemente abbinate agli impianti solari sono lo stoccaggio elettrochimico (batterie) con impianti fotovoltaici e l’accumulo termico (fluidi) con impianti CSP. Altri tipi di stoccaggio, come lo stoccaggio di aria compressa e i volani, possono avere caratteristiche diverse, come uno scarico molto rapido o una capacità molto grande, che li rendono attraenti per gli operatori di rete. Maggiori informazioni su altri tipi di archiviazione sono riportate di seguito.
Energia idroelettrica mediante pompaggio
Energia idroelettrica mediante pompaggio è una tecnologia di accumulo dell’energia basata sull’acqua. L'energia elettrica viene utilizzata per pompare l'acqua in salita in un serbatoio quando la domanda di energia è bassa. Successivamente, l’acqua può essere lasciata rifluire a valle e far girare una turbina per generare elettricità quando la domanda è elevata. L'idropompaggio è una tecnologia di stoccaggio ben collaudata e matura che è stata utilizzata negli Stati Uniti dal 1929. Tuttavia, richiede paesaggi e bacini idrici adeguati, che possono essere laghi naturali o creati dall'uomo mediante la costruzione di dighe, che richiedono lunghi permessi normativi, lunghi tempi di realizzazione e ingente capitale iniziale. A parte l’arbitraggio energetico, il valore dei servizi idroelettrici di pompaggio per integrare le energie rinnovabili variabili non è pienamente realizzato, il che può rendere lungo il periodo di recupero finanziario. Queste sono alcune delle ragioni per cui l'impianto idroelettrico di pompaggio non è stato costruito di recente, anche se l'interesse è evidente dalle richieste alla Federal Energy Regulatory Commission per permessi e licenze preliminari.
Stoccaggio elettrochimico
Molti di noi hanno familiarità con le batterie elettrochimiche, come quelle presenti nei laptop e nei telefoni cellulari. Quando l'elettricità viene immessa in una batteria, provoca una reazione chimica e l'energia viene immagazzinata. Quando una batteria è scarica, la reazione chimica viene invertita, creando tensione tra due contatti elettrici, provocando la fuoriuscita di corrente dalla batteria. La chimica più comune per le celle delle batterie è agli ioni di litio, ma altre opzioni comuni includono batterie al piombo, sodio e nichel.
Stoccaggio dell'energia termica
Lo stoccaggio dell'energia termica è una famiglia di tecnologie in cui un fluido, come acqua o sale fuso, o altro materiale viene utilizzato per immagazzinare calore. Questo materiale di accumulo termico viene quindi immagazzinato in un serbatoio coibentato fino al momento in cui viene necessaria l'energia. L’energia può essere utilizzata direttamente per il riscaldamento e il raffreddamento, oppure può essere utilizzata per generare elettricità. Nei sistemi di accumulo dell'energia termica destinati all'energia elettrica, il calore viene utilizzato per far bollire l'acqua. Il vapore risultante aziona una turbina e produce energia elettrica utilizzando le stesse apparecchiature utilizzate nelle centrali elettriche convenzionali. L'accumulo di energia termica è utile negli impianti CSP, che concentrano la luce solare su un ricevitore per riscaldare un fluido di lavoro. L’anidride carbonica supercritica viene esplorata come fluido di lavoro che potrebbe sfruttare temperature più elevate e ridurre le dimensioni degli impianti di produzione.
Stoccaggio del volano
Un volano è una ruota pesante fissata ad un albero rotante. Il consumo di energia può far girare la ruota più velocemente. Questa energia può essere estratta collegando la ruota a un generatore elettrico, che utilizza l'elettromagnetismo per rallentare la ruota e produrre elettricità. Sebbene i volani possano fornire rapidamente potenza, non possono immagazzinare molta energia.
Stoccaggio dell'aria compressa
I sistemi di stoccaggio dell'aria compressa sono costituiti da grandi recipienti, come serbatoi, o formazioni naturali, come le grotte. Un sistema di compressione pompa i recipienti pieni di aria pressurizzata. Quindi l'aria può essere rilasciata e utilizzata per azionare una turbina che produce elettricità. I sistemi di accumulo di energia ad aria compressa esistenti spesso utilizzano l’aria rilasciata come parte di un ciclo energetico del gas naturale per produrre elettricità.
Combustibili solari
L’energia solare può essere utilizzata per creare nuovi combustibili che possono essere bruciati o consumati per fornire energia, immagazzinando efficacemente l’energia solare nei legami chimici. Tra i possibili combustibili che i ricercatori stanno esaminando ci sono l'idrogeno, prodotto separandolo dall'ossigeno presente nell'acqua, e il metano, prodotto combinando idrogeno e anidride carbonica. Il metano è il componente principale del gas naturale, comunemente utilizzato per produrre elettricità o riscaldare le case.
Archiviazione virtuale
L’energia può essere immagazzinata anche cambiando il modo in cui utilizziamo i dispositivi che già abbiamo. Ad esempio, riscaldando o raffreddando un edificio prima di un picco previsto di domanda elettrica, l'edificio può “immagazzinare” l'energia termica in modo da non dover consumare elettricità nel corso della giornata. L'edificio stesso funge da thermos immagazzinando aria fresca o calda. Un processo simile può essere applicato agli scaldacqua per distribuire la domanda nell’arco della giornata.
In definitiva, potranno trarne vantaggio sia i clienti solari residenziali e commerciali, sia i servizi pubblici e gli operatori solari su larga scala sistemi di accumulo solare-plus. Man mano che la ricerca continua e i costi dell’energia solare e dello stoccaggio diminuiscono, le soluzioni solari e di stoccaggio diventeranno più accessibili a tutti gli americani.
