Stoccaggio di energia a lunga durata: il momento è adesso
Governo federale e Stati Usa con obiettivi di decarbonizzazione devono pianificare, preparare e testare lo stoccaggio di energia a lunga durata
[29 Maggio 2023]
In che modo gli Stati statunitensi con obiettivi di decarbonizzazione aggressivi abbinati a obiettivi di decarbonizzazione federali possono avere energia quando ne hanno bisogno? Secondo lo studio “Defining long duration energy storage”, pubblicato sul Journal of Energy Storage da Jeremy Twitchell, Kyle DeSomber e Dhruv Bhatnagar del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) del Dipartimento dell’energia Usa (Doe), «Lo stoccaggio di energia a lunga durata (LDES) è un probabile candidato».
I sistemi LDES sono grandi impianti di accumulo di energia in grado di immagazzinare energia rinnovabile fino al momento del bisogno e possono fornire una soluzione tanto necessaria per una rete affidabile e decarbonizzata. Ma lo studio evidenzia che «La loro pianificazione deve iniziare ora».
lo studio esplora come la crescita della produzione di energia rinnovabile richiederà ai LDES di colmare il gap tra la produzione variabile di energie rinnovabili e le richieste dei clienti e descrive anche gli ostacoli negli attuali processi di pianificazione e approvvigionamento energetico che impediscono ai pianificatori di riconoscere queste esigenze.
Twitchell ewvidenzia che ci troviamo in una situazione diversa da quelle del passato: «Cose come l’efficienza energetica, la risposta alla domanda e la capacità di generazione eccessiva faranno tutti parte della soluzione. Ma quando si guarda alla vastità di queste discrepanze tra quando l’energia viene prodotta in una rete decarbonizzata e quando viene consumata, semplicemente non possiamo distribuire queste cose alla scala richiesta».
Lo studio esamina come sta cambiando la quantità di energia variabile, come l’eolico e il e solare, disponibile per la rete, delinea nuove definizioni per lo stoccaggio di energia a lungo termine e fa l’esempio della California per capire dove sta andando il settore delle energie rinnovabili Usa.
Infatti, negli Usa, oltre all’obiettivo federale non vincolante che tutta la produzione elettrica sarà fornita da fonti di energia pulita entro il 2035, molti Stati hanno adottato politiche di decarbonizzazione vincolanti o volontarie, il che significa un cambiamento fondamentale nel modo in cui viene prodotta l’energia. Ad esempio, 16 Stati e Territori Usa hanno requisiti vincolanti per il 100% di energia pulita o net zero (12 Stati al 100% di energia pulita, 4 stati net zero) e 6 Stati hanno obiettivi non vincolanti per il 100% di energia pulita o net zero (3 Stati al 100% di energia pulita e 3 Stati net zero).
Al PNLL spiegano che «Le risorse energetiche variabili sono sempre più incluse come componente centrale del modo in cui i pianificatori della rete soddisfano la domanda dei clienti. Ma l’energia variabile è esattamente questo: variabile. Perché produca energia, deve soffiare il vento o splendere il sole. Questo rappresenta un’enorme sfida per gli operatori di rete che devono soddisfare le richieste dei clienti in tempo reale. Il LDES conferisce all’elettricità una durata di conservazione in modo che gli operatori di rete possano utilizzarla in modo più efficace e per periodi più lunghi, tenendo conto delle mutevoli richieste dei clienti, del clima, degli eventi meteorologici estremi e delle dipendenze stagionali. Pensate ai sistemi di accumulo di energia come la batteria del vostro cellulare, che rimane carica solo per così tanto tempo nonostante ci siano piccole cose che possono prolungare la durata della batteria. Se il tuo telefono non viene ricaricato, morirà. Lo stesso vale per l’accumulo di energia a lunga durata».
Attualmente, il LDES è vagamente definito ovunque tra 10 e 100 ore. Twitchell, DeSomber e Bhatnagar propongono che l’industria adotti due classi di LDES: «Una classe, diurna, dura fino a 20 ore per riconciliare i cicli giornalieri di surplus e deficit nella produzione. La seconda classe, stagionale, riconcilia i periodi stagionali di produzione in eccesso con i periodi stagionali di produzione insufficiente. Pensando all’energia di lunga durata in due modi diversi, i pianificatori delle utility e della rete possono esaminare i dati di carico storici e individuare meglio la durata dell’energia “stop gap” che sarà necessaria».
Utilizzando i dati di carico e produzione del California Independent System Operator, i ricercatori PNNL e Doe hanno creato un modello per mostrare le carenze energetiche. «Guardando i nostri dati nel nostro esempio illustrativo della California, il deficit è di 30 gigawatt di capacità in un giorno, circa la metà della produzione totale della California in un giorno . ha detto Twitchell – Per compensare tale deficit, lo Stato avrebbe bisogno di 15 dighe di Hoover che producano energia nello stesso periodo».
Come previsto, il consumo energetico è più elevato durante la mattinata tra le 5 e le 8 e la sera dopo le 17. Durante il giorno, le risorse solari iniziano a produrre energia, il che aiuta a compensare le esigenze dei clienti. La domanda è al massimo alle 18:00, ma l’energia prodotta dal sole inizia a diminuire drasticamente dalle 17:00 alle 20:00, il che crea un deficit».
Twitchell aggiunge: «Gli obiettivi vincolanti per l’energia pulita fissati in 28 Stati e da Washington – DC richiederanno che, in base alla quota di consumo di elettricità di questi stati nel 2020, entro il 2050 circa il 34% dell’elettricità consumata negli Stati Uniti provenga da risorse senza emissioni. Questo significa che entro il entro il 2050, la quantità di produzione senza emissioni in rete dovrà aumentare di quasi il 50%. Incorporare tutta quella produzione variabile mantenendo le luci accese sarà un’impresa significativa. Gran parte della ricerca che è stata condotta in questo settore conclude che lo stoccaggio di energia di lunga durata può ridurre i costi di gestione di una rete elettrica completamente decarbonizzata”,. “Questi risultati sono importanti, ma il nostro paper compie un ulteriore step per spiegare che lo stoccaggio di energia di lunga durata non è un lusso, ma una necessità. Questo non è un paradigma economico, è un paradigma di affidabilità».
Anche altri nell’industria e nella ricerca stanno affrontando questa sfida. Una di loro è Julia Souder, CEO del Long Duration Energy Storage Council, un’organizzazione no-profit globale che lavora per accelerare la decarbonizzazione del mondo attraverso l’accelerazione dello stoccaggio di energia a lunga durata, che commenta: «Il LDES è una necessità per ridurre efficacemente i rischi del nostro futuro ad energia pulita e il PNNL ribadisce il fatto fondamentale che la transizione verso l’energia pulita non è possibile senza LDES. Man mano che il mercato matura, i pianificatori e gli operatori di rete trarranno vantaggio da questa ricerca che dimostra come il LDES fornisce una soluzione flessibile, resiliente, sicura e conveniente per soddisfare le esigenze della rete energetica di domani. E, mentre guardiamo a soluzioni di accumulo di energia per più ore, più giorni e stagionali per ottenere energia pulita 24 ore su 24, 7 giorni su 7, il processo di pianificazione e approvvigionamento deve essere molto più inclusivo per consentire ai LDES di partecipare pienamente al mercato».
Twitchell, DeSomber, Bhatnagar e la Souder sono tutti d’accordo: «Il momento di agire è adesso» e Twitchell conclude: «La motivazione di questo studioe della ricerca era dimostrare che il LDES sarà una necessità assoluta in una rete decarbonizzata, Se vogliamo che sia disponibile quando ne abbiamo bisogno, allora dobbiamo iniziare a inviare chiari segnali di mercato che sosterranno la ricerca e lo sviluppo delle tecnologie LDES, ora. Queste tecnologie impiegano anni per svilupparsi, ma i nostri processi di pianificazione energetica e approvvigionamento funzionano su cicli brevi (meno di tre anni). Quando i nostri processi identificheranno le esigenze LDES, non ci sarà tempo per svilupparle e distribuirle».