Come utilizzare i benefici dei sistemi di accumulo energetico

I sistemi di accumulo energetico fanno parte da decenni del sistema energetico, ma con l’affermazione di nuove tecnologie per lo stoccaggio e il bisogno di integrare più fonti di energia rinnovabile nei sistemi energetici, questo settore deve affrontare nuove sfide e opportunità. La ricerca, l’innovazione e lo sviluppo tecnologico sono fondamentali per ampliare l’utilizzo delle tecniche di stoccaggio e per anticipare le future tendenze nel settore. I ricercatori del Centro comune di ricerca (JRC) sono impegnati a sostenere questi sviluppi, così da facilitare il passaggio a sistemi energetici a bassa emissione di carbonio.

Si prevede che le energie rinnovabili nel settore elettrico in Europa cresceranno dal 27% attuale al 50% circa nel 2030. Per raggiungere gli obiettivi sul clima e sull’energia che l’Europa si è posta, sarà necessario produrre grandi quantità da fonti rinnovabili che però, per la loro stessa natura, sono cicliche e discontinue, come l’energia eolica e quella solare.

I sistemi di accumulo forniscono una delle soluzioni per gestire l’eccesso di energia, rendendo possibile l’immagazzinamento dell’elettricità nei momenti di bassa richiesta, e quindi il rilascio nelle reti elettriche quando ce ne sia più bisogno. Questi sistemi di stoccaggio possono anche contribuire alla stabilizzazione delle reti elettriche, assicurando un approvvigionamento costante e affidabile, utilizzando sempre più fonti di energia rinnovabile.

In futuro, i sistemi di stoccaggio energetico avranno un ruolo sempre più rilevante nel migliorare l’affidabilità e l’efficienza della fornitura elettrica, permettendo di sviluppare in UE un sistema a bassa emissione di carbonio e favorendo l’ingresso delle rinnovabili in questo mercato.

I nuovi modelli di produzione energetica portano a modificare i requisiti degli impianti di stoccaggio. Ma allo stesso tempo questi cambiamenti permettono nuovi sistemi di accumulo energetico, contribuendo anche alla decarbonizzazione dei settori industriali e dei trasporti.

I ricercatori del Centro comune di ricerca (JRC) studiano sistemi energetici e tecnologie all’avanguardia per comprendere meglio le necessità future per lo stoccaggio e la flessibilità della fornitura in base alla richiesta. Il JRC usa tecniche di modellazione per valutare i vari aspetti della rete elettrica, dalle singole unità stoccaggio ad uso domestico fino alle tecnologie sviluppate per il lungo termine sull’intero stesso sistema.

Il JRC ha sviluppato modelli concatenati per stimare le future necessità di stoccaggio. A un’estremità di questa catena si utilizzano schemi per simulare il funzionamento di sistemi di stoccaggio centralizzati e decentralizzati in un contesto di mercato. All’altra estremità, si usa un modello di sistema energetico per studiare le varianti energetiche a lungo termine, applicate all’intero sistema. Con questo modello concatenato, i ricercatori del JRC possono determinare gli investimenti necessari nel settore delle tecnologie energetiche europee per i prossimi 50 anni.

«Tutti gli interventi a breve e lungo termine devono essere tenuti in considerazione per capire il ruolo dei sistemi di accumulo futuri. Nel caso dei sistemi di stoccaggio decentralizzati, abbiamo notato che sempre più abitazioni usano batterie in integrazione ai pannelli fotovoltaici già installati. La questione era vedere se questi auto-produttori e auto-consumatori (cioè chi produce e consuma l’energia di cui necessita) sarebbero diventati gradualmente autosufficienti, scollegandosi dalla rete energetica comune. Grazie ad alcuni modelli, abbiamo potuto dimostrare che questi produttori-consumatori difficilmente lasceranno la rete energetica definitivamente ma comunque in futuro la utilizzeranno molto meno», spiega Andreas Zucker, capo del progetto che si occupa di sistemi energetici e modellazione di mercato al JRC.

Con questi modelli, i ricercatori del JRC hanno anche dimostrato che, per incoraggiare gli investimenti in sistemi di stoccaggio, sono necessari obiettivi più ambiziosi in materia di riduzione di CO2 e un utilizzo maggiore delle energie rinnovabili.

Quanta strada posso fare prima che si scarichi la batteria? «L’utilizzo di sistemi come batterie ricaricabili per impianti di stoccaggio è un campo in rapido sviluppo: ma anche le case produttrici di veicoli elettrici sono fortemente dipendenti dal batterie sicure e con alte prestazioni».

Anticipando il bisogno crescente dello sviluppo di sistemi di stoccaggio ricaricabili, il JRC ha messo a punto laboratori di ricerca all’avanguardia a Petten, in Olanda, specializzato interamente sulle batterie. In queste strutture sono valutate la sicurezza e le prestazioni delle batterie e dei nuovi materiali usati per la loro realizzazione, quindi se ne misura l’usura e il degrado delle prestazioni nel corso del tempo. La ricerca è effettuata in collaborazione con i rappresentanti dell’industria europea e con importanti partners internazionali.

«Testiamo materiali per le batterie dei veicoli elettrici, celle, moduli e gli involucri delle batterie, a sostegno delle innovazioni tecnologiche e delle leggi internazionali sulla sicurezza della mobilità elettrica. I nostri laboratori sono dotati di impianti di sperimentazione termale, elettrica, meccanica e analitica: possiamo quindi valutare la sicurezza e le prestazioni delle batterie simulando numerose condizioni ambientali», spiega Lois Boon-Brett, capo-progetto nell’Unità per lo Stoccaggio Energetico del JRC.

Le smart grid (o “reti energetiche intelligenti”) sono reti elettriche innovative che usano una comunicazione digitale bidirezionale tra fornitori e consumatori. Esse permettono di monitorare, analizzare e controllare la fornitura energetica per migliorarne l’efficienza, ridurre il consumo e i costi e ottimizzare trasparenza e affidabilità dell’intera catena energetica.

Le smart grid offrono molti vantaggi in termini di sostenibilità, migliorando l’efficienza e la sicurezza energetica. Queste reti permettono di integrare più fonti rinnovabili nel sistema energetico, includono l’uso di ai veicoli elettrici, aumentano il controllo dei consumatori sul loro dispendio energetico, eliminano i blackout ripristinando rapidamente l’elettricità in caso di interruzioni.

I sistemi di stoccaggio energetico sono un elemento fondamentale per il successo delle smart grid. L’accumulo e la conservazione dell’energia offre flessibilità nelle fasi di alta domanda e di alta fornitura (non sempre coincidenti), contribuendo all’adeguatezza e alla resilienza del sistema.

I ricercatori del JRC hanno creato modelli per simulare le potenzialità future di tecnologie a bassa emissione di carbonio (”tecnologie verdi”) e le conseguenti opzioni di stoccaggio. Sulla base di questi modelli, si può analizzare l’interazione fra le politiche di settore, l’economia, le risorse, le infrastrutture e la diffusione sul mercato di queste tecnologie.

«Abbiamo creato modelli molto precisi sul sistema energetico europeo, su scala continentale (Stati UE e i Paesi terzi), su scala regionale (i paesi baltici, Cipro, ecc.) e su scala locale (la distribuzione di smart grid a città intelligenti e per l’accesso dalle zone rurali). Questi modelli servono produrre analisi a sostegno delle politiche sulla sicurezza energetica, di “Progetti di interesse comune” (progetti pubblici condivisi e internazionali), dell’adeguamento della produzione, dell’integrazione di energie rinnovabili, della fornitura energetica adeguata: principi sempre più richiesti a livello europeo, nazionale e locale», spiega Gianluca Fulli, vice-capo dell’Unità su Sicurezza, Distribuzione e Mercati energetici del JRC.

I risultati della ricerca del JRC vanno a sostegno del lavoro della Commissione europea e contribuiscono alle decisioni e le politiche dell’UE. Infine, la ricerca pre-normativia del JRC aiuta lo sviluppo di tecnologie destinate allo stoccaggio energetico: questo è fondamentale per raggiungere gli obiettivi politici dell’Unione europea sul passaggio a un sistema energetico europeo a bassa emissione di carbonio, sicuro e sostenibile.