La tecnologia di accumulo di energia, come suggerisce il nome, si riferisce al processo di accumulo di energia. Può essere paragonata a un buffer energetico su larga scala, che utilizza vari metodi di accumulo. Cattura l'energia in eccesso durante i periodi di sovrapproduzione e la rilascia durante le carenze, garantendo una fornitura stabile. Che si tratti di mitigare l'intermittenza dell'energia rinnovabile o di consentire un utilizzo efficiente, l'accumulo svolge un ruolo fondamentale.
Dal punto di vista generazionale, pannelli solari fotovoltaici producono elettricità in abbondanza durante il giorno ma cessano di notte. Allo stesso modo, l'energia eolica fluttua con la disponibilità del vento: produzione elevata durante i venti forti e minima durante i periodi di calma. Questa intermittenza pone delle sfide alla fornitura stabile.
Dal lato della domanda, i picchi diurni si verificano quando uffici e fabbriche sono operativi, mentre l'utilizzo diminuisce di notte. Questa discrepanza temporale tra domanda e offerta porta a uno spreco di energia in eccesso senza accumulo. L'accumulo di energia funge da intermediario stabilizzante: immagazzinando il surplus durante la sovrapproduzione e rilasciandolo durante le carenze per bilanciare l'offerta, migliorare l'efficienza e ridurre gli sprechi.
In caso di guasti alla rete o di emergenze, i sistemi di accumulo di energia possono intervenire rapidamente, alimentando apparecchiature e utenti importanti con elettricità di emergenza per mantenere un funzionamento stabile.
Dal punto di vista economico, l'accumulo di energia ha anche un buon senso economico. Fare scorta di energia quando è economica e usarla quando i prezzi sono alti aiuta gli utenti a tagliare i costi energetici. Per le grandi aziende, usare saggiamente i sistemi di accumulo può abbassare ulteriormente i costi di produzione e migliorare i profitti.
Le tecnologie di accumulo dell'energia variano in base al metodo di conversione: fisico , chimico , E elettromagnetico .
Utilizza metodi meccanici quali pompaggio idraulico, aria compressa o volani.
1. Accumulo idroelettrico mediante pompaggio : L'accumulo idroelettrico a pompaggio è attualmente la tecnologia di accumulo di energia fisica più ampiamente utilizzata. Funziona pompando acqua da un bacino inferiore a un bacino superiore durante i periodi di bassa richiesta di elettricità, convertendo l'energia elettrica in energia potenziale per l'accumulo. Durante i periodi di picco della domanda, l'acqua dal bacino superiore viene rilasciata di nuovo nel bacino inferiore, alimentando generatori idroelettrici per convertire l'energia potenziale in elettricità. I vantaggi dell'accumulo idroelettrico a pompaggio includono tecnologia matura, grande capacità, lunga durata ed efficienza complessiva del 70%-85%. Lo svantaggio è l'elevato requisito di condizioni geografiche, poiché è necessario un terreno adatto per costruire i bacini superiore e inferiore.
L'accumulo di energia ad aria compressa utilizza l'elettricità durante i periodi di bassa richiesta di rete per comprimere l'aria, che viene poi immagazzinata in caverne di sale sotterranee o altre strutture di stoccaggio. Durante i periodi di picco della domanda, l'aria compressa viene rilasciata per alimentare le turbine e generare elettricità. Questo metodo funziona bene per applicazioni su larga scala e può integrarsi con fonti di energia rinnovabile come l'energia eolica, poiché l'energia meccanica del vento può guidare direttamente la rotazione del compressore, eliminando la conversione elettrica intermedia e migliorando l'efficienza. Tuttavia, richiede anche condizioni geografiche specifiche, in particolare grandi caverne per l'immagazzinamento dell'aria compressa.
L'accumulo di energia a volano utilizza un motore elettrico per far girare rapidamente un volano, convertendo l'energia elettrica in energia cinetica per l'accumulo. Quando necessario, il volano aziona un generatore per produrre elettricità. I suoi vantaggi includono lunga durata, alta efficienza e tempi di risposta rapidi, con risposta in millisecondi. Tuttavia, la sua densità energetica è bassa, fornisce energia solo per secondi o minuti e subisce una certa perdita di energia dovuta all'usura dei cuscinetti e alla resistenza dell'aria.
Le batterie agli ioni di litio dovrebbero essere familiari a tutti, poiché sono utilizzate negli smartphone e nei laptop. Offrono un'elevata densità energetica, una lunga durata e un ampio intervallo di temperature operative, e dominano il mercato dell'accumulo di energia elettrochimica. Tuttavia, hanno anche degli svantaggi, come costi elevati e problemi di sicurezza.
Le batterie al piombo sono un tipo tradizionale di batteria, con elettrodi realizzati principalmente in piombo e suoi ossidi e un elettrolita costituito da una soluzione di acido solforico. I loro materiali sono ampiamente disponibili, sono economici e comunemente utilizzati come alimentazione di backup nei sistemi elettrici. Tuttavia, hanno un ciclo di vita inferiore, una durata di vita più breve e possono causare inquinamento ambientale se non gestiti correttamente durante la produzione o il riciclaggio.
Le batterie sodio-zolfo utilizzano sodio metallico come anodo, zolfo come catodo e un tubo ceramico come separatore dell'elettrolita. Offrono vantaggi quali dimensioni ridotte, elevata capacità, lunga durata ed elevata efficienza. Sono ampiamente utilizzate in applicazioni di accumulo di energia come peak shaving, alimentazione di emergenza e accumulo di energia eolica. Tuttavia, richiedono temperature di esercizio elevate, in genere comprese tra 300 e 350 °C.
Le batterie a flusso, spesso chiamate batterie a flusso redox, sono chiamate batterie a flusso interamente al vanadio (o batterie al vanadio) quando entrambi gli elettrodi utilizzano soluzioni di sale di vanadio. I loro vantaggi includono caratteristiche quali design flessibile, risposta rapida di carica-scarica, prestazioni eccellenti, lunga durata, soluzioni elettrolitiche facilmente riciclabili, maggiore flessibilità nelle posizioni di installazione, sicurezza, rispetto dell'ambiente, elevata efficienza energetica e tempi di avvio rapidi. Tuttavia, hanno una densità energetica relativamente bassa e maggiori requisiti di spazio.
L'accumulo di energia elettromagnetica comprende principalmente l'accumulo di energia superconduttiva e l'accumulo di energia tramite supercondensatori.
L'accumulo di energia magnetica superconduttiva (SMES) è un metodo per immagazzinare direttamente l'energia elettrica senza conversione. Funziona dirigendo la corrente elettrica in una bobina induttiva realizzata in materiali superconduttori, dove la corrente può teoricamente circolare indefinitamente senza perdite fino a quando non è necessaria. Questo metodo di accumulo raggiunge un'elevata efficienza di conversione dell'energia (fino al 95%) e tempi di risposta rapidi, attivandosi entro millisecondi. Tuttavia, l'elevato costo dei materiali superconduttori e la spesa per mantenere temperature ultra-basse limitano attualmente la sua applicazione su larga scala.
L'accumulo di energia tramite supercondensatore è un nuovo dispositivo di accumulo di energia che combina le caratteristiche dei condensatori tradizionali e delle batterie ricaricabili. La sua struttura ricorda quella di una batteria, composta da quattro componenti principali: doppi elettrodi, un elettrolita, collettori di corrente e un separatore. I supercondensatori offrono vantaggi quali elevata densità di potenza, lunga durata del ciclo, eccellenti prestazioni a bassa temperatura, sicurezza, affidabilità e rispetto dell'ambiente. Tuttavia, a causa della bassa tensione di rottura dielettrica e della corrente di dispersione, la loro capacità di accumulo di energia e il tempo di ritenzione rimangono limitati.
