Sistemi di accumulo di energia: cosa sono e come funzionano

L’energia elettrica è una forma di energia che non può essere immagazzinata direttamente, ma deve essere trasformata in altre forme, come l’energia chimica, termica, meccanica o potenziale; queste forme di energia possono poi essere convertite nuovamente in energia elettrica quando serve. I sistemi di accumulo di energia sono dispositivi capaci di effettuare queste trasformazioni in modo efficiente e controllato, consentendo di gestire meglio la domanda e l’offerta di energia sul territorio.

Che cos’è un sistema di accumulo di energia?

Un sistema di accumulo di energia (o storage) è un dispositivo o un insieme di dispositivi in grado di immagazzinare energia elettrica e di restituirla quando necessario. Si tratta di una tecnologia fondamentale per garantire la sicurezza, l’affidabilità e la sostenibilità del sistema elettrico, soprattutto in presenza di fonti di energia rinnovabile, come il solare e l’eolico, che hanno una produzione variabile e intermittente.

Come funziona uno storage di energia?

Un sistema di immagazzinamento dell’energia è composto da tre elementi principali:

• un convertitore di potenza, che trasforma l’energia elettrica in un’altra forma di energia e viceversa;
• un mezzo di accumulo, che immagazzina l’energia convertita;
• un sistema di controllo, che gestisce il flusso di energia tra il convertitore e il mezzo di accumulo.

Il funzionamento di un sistema di accumulo di energia dipende dal tipo di tecnologia utilizzata, che può essere di natura chimica, elettrochimica, meccanica, termica o elettromagnetica.

Quali sono le tipologie di sistemi di immagazzinamento dell’energia?

Esistono diverse tipologie di sistemi di accumulo di energia, che si differenziano per le caratteristiche tecniche, le prestazioni, i costi e le applicazioni. Tra le più diffuse, possiamo citare:

• Le batterie, che sono sistemi elettrochimici che immagazzinano energia sotto forma di carica elettrica. Esistono numerosi tipi di batterie, come quelle al piombo-acido, al litio-ione, al sodio-zolfo, al nichel-cadmio e al flusso redox.
• I volani, che sono sistemi meccanici che immagazzinano energia sotto forma di energia cinetica. Si tratta di dischi rotanti ad alta velocità, sostenuti da cuscinetti magnetici e contenuti in una camera a vuoto, che possono immagazzinare e rilasciare energia in modo rapido ed efficiente.
• Le pompe idroelettriche reversibili, che sono sistemi meccanici che immagazzinano energia sotto forma di energia potenziale gravitazionale. Si tratta di impianti che sfruttano due bacini idrici posti a diverse quote, tra i quali viene pompata e turbinata l’acqua in funzione della domanda e dell’offerta di energia elettrica.
• Le centrali ad aria compressa, che sono sistemi meccanici che immagazzinano energia sotto forma di energia potenziale elastica. Si tratta di impianti che comprimono l’aria in caverne sotterranee o in serbatoi appositi, e la rilasciano quando serve per alimentare una turbina a gas o a vapore.
• Le centrali a ghiaccio, che sono sistemi termici che immagazzinano energia sotto forma di energia termica. Si tratta di impianti che producono ghiaccio durante le ore di bassa domanda di energia elettrica e lo utilizzano durante le ore di picco per raffreddare gli ambienti.
• I supercondensatori, che sono sistemi elettromagnetici che immagazzinano energia sotto forma di campo elettrico. Si tratta di dispositivi che accumulano carica elettrica su due elettrodi separati da un dielettrico, e che possono immagazzinare e rilasciare energia in modo molto veloce e con una lunga durata.

Quali sono i vantaggi dei sistemi di storage di energia?

I sistemi di accumulo di energia offrono numerosi vantaggi per il sistema elettrico e per gli utenti finali. In primis, consentono di regolare la frequenza e la tensione, mantenendo i parametri della rete elettrica entro i limiti stabiliti ed evitando così fenomeni di instabilità, sovraccarichi o blackout. Al tempo stesso, permettono di modulare il consumo in funzione della disponibilità e del costo dell’energia, riducendo i picchi di domanda e aumentando l’efficienza energetica. Inoltre, consentono di consumare e produrre energia elettrica in modo autonomo e indipendente dalla rete elettrica, aumentando la resilienza e la sicurezza.

In secondo luogo, l’accumulo di energia consente un risparmio economico, grazie all’arbitraggio energetico: comprare energia elettrica quando il prezzo è basso e venderla quando il prezzo è alto, sfruttando le fluttuazioni del mercato elettrico e ottimizzando i profitti.

Infine, immagazzinare energia agevola l’utilizzo di fonti rinnovabili: compensando la variabilità e l’intermittenza della produzione di energia da fonti come il solare e l’eolico, garantisce una maggiore penetrazione e una minore dipendenza dai combustibili fossili.

Sistemi di accumulo di energia e fonti rinnovabili

Immagazzinare l’energia è fondamentale per favorire la transizione verso un sistema energetico basato su fonti rinnovabili. Infatti, le fonti rinnovabili, come il solare e l’eolico, hanno una produzione di energia variabile a seconda delle condizioni meteorologiche e stagionali, che non sempre coincide con la domanda di energia degli utenti. Questo crea uno squilibrio tra offerta e domanda, che può portare a sprechi di energia o a necessità di integrazione da fonti convenzionali.

L’immagazzinamento dell’energia consente di superare questo problema, accumulando l’energia prodotta in eccesso dalle fonti rinnovabili quando la domanda è bassa e restituendola alla rete o agli utenti quando la domanda è alta. In questo modo, si riduce il fabbisogno di energia da fonti fossili, si evitano le emissioni di gas serra e si aumenta la quota di energia rinnovabile nel mix energetico.