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L’accumulo di energia è importante per creare sistemi elettrici convenienti, affidabili e profondamente decarbonizzati

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Credito: CC0 Pubblico Dominio

Nei sistemi energetici profondamente decarbonizzati che utilizzano un’elevata penetrazione dell’energia rinnovabile variabile (VRE), l’accumulo di energia è necessario per mantenere le luci accese e il flusso di elettricità quando il sole non splende e il vento non soffia, quando si genera da queste risorse VRE è bassa o la domanda è alta. Lo studio Future of Energy Storage della MIT Energy Initiative chiarisce la necessità di accumulo di energia ed esplora i percorsi che utilizzano le risorse e lo stoccaggio VRE per raggiungere in modo efficiente i sistemi elettrici decarbonizzati entro il 2050.

“The Future of Energy Storage”, un nuovo rapporto multidisciplinare del MIT Energy Initiative (MITEI), esorta il governo a investire in sofisticati strumenti analitici per la pianificazione, il funzionamento e la regolazione dei sistemi elettrici al fine di implementare e utilizzare lo stoccaggio in modo efficiente. Poiché le tecnologie di accumulo avranno la capacità di sostituire o integrare essenzialmente tutti gli altri elementi di un sistema elettrico, inclusa la generazione, la trasmissione e la risposta alla domanda, in futuro questi strumenti saranno fondamentali per i progettisti, gli operatori e le autorità di regolamentazione del sistema elettrico. Lo studio raccomanda inoltre un supporto aggiuntivo per programmi complementari di personale e riqualificazione presso le agenzie di regolamentazione a livello statale e federale.

Il rapporto MITEI mostra che l’accumulo di energia rende accessibile una profonda decarbonizzazione di sistemi elettrici affidabili. “Gli operatori delle centrali elettriche a combustibili fossili hanno tradizionalmente risposto alla domanda di elettricità, in un dato momento, regolando la fornitura di elettricità che scorre nella rete”, afferma il direttore del MITEI Robert Armstrong, professore di ingegneria chimica della Chevron e presidente del Future of Energy Studio di conservazione. “Ma le risorse VRE come l’eolico e il solare dipendono dalle variazioni giornaliere e stagionali, nonché dalle fluttuazioni meteorologiche; non sono sempre disponibili per essere inviate per seguire la domanda di elettricità. Il nostro studio rileva che l’accumulo di energia può aiutare i sistemi elettrici dominati da VRE a bilanciare l’elettricità domanda e offerta mantenendo l’affidabilità in modo conveniente, che a sua volta può supportare l’elettrificazione di molte attività di uso finale al di fuori del settore elettrico”.

Lo studio triennale è progettato per aiutare il governo, l’industria e il mondo accademico a tracciare un percorso per lo sviluppo e l’implementazione di tecnologie di accumulo di energia elettrica come un modo per incoraggiare l’elettrificazione e la decarbonizzazione in tutta l’economia, evitando oneri eccessivi o iniqui.

Concentrandosi su tre distinte regioni degli Stati Uniti, lo studio mostra la necessità di un approccio vario allo stoccaggio dell’energia e alla progettazione del sistema elettrico in diverse parti del paese. Utilizzando strumenti di modellazione per guardare al 2050, il team di studio si concentra anche oltre gli Stati Uniti, verso i paesi dei mercati emergenti e dell’economia in via di sviluppo (EMDE), in particolare come rappresentato dall’India. I risultati evidenziano il potente ruolo che l’archiviazione può svolgere nelle nazioni EMDE. Si prevede che questi paesi vedranno una crescita massiccia della domanda di elettricità nei prossimi 30 anni, a causa della rapida espansione economica complessiva e della crescente adozione di tecnologie che consumano elettricità come l’aria condizionata. In particolare, lo studio richiama l’attenzione sul ruolo fondamentale che lo stoccaggio delle batterie può svolgere nella decarbonizzazione delle reti nei paesi EMDE che non hanno accesso al gas a basso costo e che attualmente dipendono dalla produzione di carbone.

Gli autori scoprono che l’investimento in VRE combinato con lo stoccaggio è favorito rispetto alla nuova generazione di carbone a medio e lungo termine in India, sebbene le centrali a carbone esistenti possano persistere a meno che non siano costrette a ritirarsi da misure politiche come il prezzo del carbonio.

“I paesi in via di sviluppo sono una parte cruciale della sfida globale della decarbonizzazione”, afferma Robert Stoner, vicedirettore per la scienza e la tecnologia del MITEI e uno degli autori del rapporto. “Il nostro studio mostra come possono trarre vantaggio dai costi in calo delle energie rinnovabili e dello stoccaggio nei prossimi decenni per diventare leader climatici senza sacrificare lo sviluppo economico e la modernizzazione”.

Lo studio esamina quattro tipi di tecnologie di stoccaggio: elettrochimica, termica, chimica e meccanica. Alcune di queste tecnologie, come le batterie agli ioni di litio, l’energia idroelettrica con pompaggio e alcune opzioni di accumulo termico, sono collaudate e disponibili per l’implementazione commerciale. Il rapporto raccomanda al governo di concentrare gli sforzi di ricerca e sviluppo su altre tecnologie di stoccaggio, che richiederanno ulteriori sviluppi per essere disponibili entro il 2050 o prima, tra cui progetti per far avanzare tecnologie di stoccaggio elettrochimiche alternative che si basano su materiali abbondanti in terra. Suggerisce inoltre incentivi e meccanismi governativi che premiano il successo ma non interferiscono con la gestione del progetto. Il rapporto chiede al governo federale di modificare alcune delle regole che disciplinano i progetti di dimostrazione tecnologica per consentire più progetti di archiviazione. Le politiche che richiedono la condivisione dei costi in cambio di diritti di proprietà intellettuale, sostiene il rapporto, scoraggiano la diffusione della conoscenza. Il rapporto sostiene i requisiti federali per i progetti dimostrativi che condividono informazioni con altre entità statunitensi.

Il rapporto afferma che molte centrali elettriche esistenti che vengono chiuse possono essere convertite in utili strutture di stoccaggio dell’energia sostituendo le caldaie a combustibili fossili con accumulatori termici e nuovi generatori di vapore. Questo retrofit può essere effettuato utilizzando tecnologie disponibili in commercio e può essere interessante per i proprietari di impianti e le comunità, utilizzando risorse che altrimenti verrebbero abbandonate a causa della decarbonizzazione dei sistemi elettrici.

Lo studio esamina anche l’idrogeno e conclude che il suo utilizzo per lo stoccaggio dipenderà probabilmente dalla misura in cui l’idrogeno viene utilizzato nell’economia generale. L’ampio uso dell’idrogeno, afferma il rapporto, sarà determinato dai costi futuri di produzione, trasporto e stoccaggio dell’idrogeno e dal ritmo dell’innovazione nelle applicazioni per l’uso finale dell’idrogeno.

Lo studio MITEI prevede che la distribuzione dei prezzi orari all’ingrosso o il valore marginale orario dell’energia cambierà in sistemi energetici profondamente decarbonizzati, con molte più ore a prezzi molto bassi e più ore a prezzi elevati rispetto ai mercati all’ingrosso di oggi. Pertanto, il rapporto raccomanda che i sistemi adottino prezzi al dettaglio e opzioni di gestione del carico al dettaglio che premiano tutti i consumatori per aver spostato il consumo di elettricità dai tempi in cui prezzi all’ingrosso elevati indicano scarsità a tempi in cui prezzi all’ingrosso bassi segnalano abbondanza.

Lo studio Future of Energy Storage è il nono della serie “Future of” di MITEI, che esplora questioni complesse e vitali che coinvolgono l’energia e l’ambiente. Studi precedenti si sono concentrati sull’energia nucleare, l’energia solare, il gas naturale, l’energia geotermica e il carbone (con cattura e sequestro delle emissioni di anidride carbonica), nonché su sistemi come la rete elettrica statunitense.


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