Ecco qualcosa che tiene svegli i pianificatori energetici di notte: cosa succede quando il vento smette di soffiare e il sole tramonta, ma tutti stanno ancora caricando le loro auto elettriche e facendo funzionare i loro condizionatori d'aria? Non è più un problema ipotetico. Mentre i paesi si spingono sempre più verso obiettivi di energia rinnovabile, stiamo correndo a capofitto in una realtà che è allo stesso tempo ovvia e sorprendentemente complessa.-L'energia eolica e solare sono fantastiche quando funzionano, ma sono esasperatamente incoerenti quando ne hai effettivamente bisogno.
La risposta breve alla domanda se lo stoccaggio energetico su larga scala sia in grado di gestire la domanda è: tecnicamente sì, ma non siamo ancora affatto pronti. E il percorso per arrivarci è più complicato di quanto la maggior parte dei documenti politici ammetta.
Perché questo è più importante di quanto pensi
Molte persone capiscono che i pannelli solari non funzionano di notte. Ciò che è meno ovvio è quanto possa essere selvaggia la variabilità. Mi riferisco a settimane-a volte mesi-in cui la produzione eolica in un intero paese può ridursi a una frazione della sua capacità. I modelli meteorologici non si preoccupano del nostro fabbisogno energetico e i dati storici mostrano alcune verità piuttosto scomode su quanto tempo possono durare queste pause.
La situazione della Gran Bretagna lo illustra perfettamente. Si impegnano a raggiungere lo zero netto entro il 2050, il che significa enormi quantità di turbine eoliche e parchi solari. Ma anche se si costruisse abbastanza capacità rinnovabile per alimentare teoricamente il paese due volte, ci sarebbero comunque periodi in cui la produzione è insufficiente. Anche il divario non è piccolo. Stiamo parlando della necessità di immagazzinare energia su una scala tale da far impallidire qualsiasi cosa attualmente in funzione-all'incirca mille volte di più di quella che tutti gli impianti idroelettrici di pompaggio della Gran Bretagna possono fornire messi insieme. Non è un errore di battitura.
Quali sono quindi le opzioni per lo stoccaggio di energia su larga scala?
È qui che le cose si fanno interessanti, perché non esiste una soluzione magica. Diverse tecnologie di stoccaggio eccellono in cose diverse e ciò che funziona per immagazzinare energia per alcune ore non assomiglia per niente a ciò di cui hai bisogno per lo stoccaggio stagionale.
Batterieottengono tutti i titoli dei giornali e per una buona ragione-stanno migliorando rapidamente e funzionano brillantemente per l'archiviazione a breve-termine. Ma ecco il problema: le batterie sono costose quando vengono dimensionate per immagazzinare giorni o settimane di elettricità di una nazione. Le condizioni economiche non funzionano ancora per lo stoccaggio di energia su larga scala oltre le 4-6 ore di backup. Sono ottimi per appianare i dossi, meno ottimi per colmare un tratto di due settimane di vento debole.
Idropompatoè il vecchio e affidabile-pompa l'acqua in salita quando hai elettricità in eccesso, la lascia scorrere giù attraverso le turbine quando ti serve energia. Funziona, è provato ed è relativamente efficiente. Il problema? Geografia. È necessario il giusto tipo di terreno con bacini idrici adeguati e la maggior parte dei siti migliori sono già occupati. La costruzione di nuovi progetti idroelettrici di pompaggio incontra ogni sorta di ostacoli ambientali e di pianificazione.
Stoccaggio di aria compressasembra intelligente-utilizzare l'elettricità in eccesso per comprimere l'aria nelle caverne sotterranee, quindi rilasciarla per azionare le turbine in un secondo momento. Ma non è mai realmente decollato a livello commerciale. L'efficienza del viaggio di andata e ritorno-non è eccezionale e sono necessarie formazioni geologiche specifiche.
Poi c'èstoccaggio dell’idrogeno, che potrebbe sembrare esotico ma è probabilmente la soluzione più pratica per lo stoccaggio di energia su larga scala e per lunghi periodi. Il concetto è abbastanza semplice: utilizzare l’elettricità rinnovabile in eccesso per dividere l’acqua in idrogeno e ossigeno attraverso l’elettrolisi. Immagazzina l’idrogeno, poi brucialo nelle centrali elettriche o fallo passare attraverso le celle a combustibile quando avrai nuovamente bisogno di elettricità.
Perché l'idrogeno continua a emergere in queste conversazioni
Ciò che distingue lo stoccaggio dell'idrogeno non è l'efficienza-, in realtà è piuttosto inefficiente rispetto alle batterie, poiché perde forse il 60-70% dell'energia nel viaggio di andata e ritorno. Ma l’efficienza non è tutto. Ciò che conta per lo stoccaggio di energia su larga scala è il costo per unità di capacità di stoccaggio, ed è qui che l’idrogeno nelle caverne saline diventa interessante.
Notevoli a questo scopo sono le caverne di sale. Puoi sottoporli a soluzione-mina (sostanzialmente sciogliere il sale con acqua) e sono naturalmente sigillati e stabili. Ancora più importante, sono enormi. Una singola caverna può immagazzinare abbastanza idrogeno da generare gigawatt-ora di elettricità. E luoghi come la Gran Bretagna-insieme a molti altri paesi-hanno notevoli depositi di sale nel sottosuolo che potrebbero ospitare l'enorme capacità di stoccaggio di cui stiamo parlando.
Anche l’economia funziona diversamente. Con le batterie, i costi variano in modo più o meno lineare con la capacità-raddoppia lo spazio di archiviazione, raddoppia il prezzo. Con l’idrogeno nelle caverne saline, la parte costosa sono le apparecchiature di elettrolisi e le celle a combustibile (o centrali elettriche) per la riconversione in elettricità. Lo spazio di archiviazione stesso? Relativamente economico per unità una volta scavata la caverna. Ciò lo rende particolarmente adatto per immagazzinare grandi quantità di energia che potrebbero rimanere lì per mesi prima che tu ne abbia bisogno.
Il problema del timing di cui a nessuno piace parlare
È qui che le ambizioni politiche si scontrano con la realtà fisica: costruire questa infrastruttura richiede tempo. Molto tempo. L'estrazione di soluzioni in una caverna di sale non è qualcosa che fai durante un fine settimana. Parliamo di anni per una singola caverna, e te ne servono molti. Gli impianti di elettrolisi dell'idrogeno, le condutture, le apparecchiature per la produzione di energia-tutto ciò richiede non solo denaro ma tempi di costruzione prolungati.
Se il Regno Unito (o qualsiasi altro paese) vuole seriamente che lo stoccaggio di energia su larga scala sia pronto per quando ne avrà bisogno, la costruzione deve iniziare più o meno ora. Non tra cinque anni, dopo un altro ciclo di studi di fattibilità, ma ora. Il divario tra “probabilmente dovremmo pensarci” e “abbiamo un disperato bisogno di questa operazione” si chiude più velocemente di quanto si creda.
Può effettivamente gestire la domanda?
Tornando alla domanda iniziale: i sistemi di stoccaggio dell’energia su larga scala possono teoricamente gestire la domanda, ma solo se ne costruiamo un numero sufficiente in tempo e mescoliamo tecnologie diverse in modo appropriato. Avresti bisogno di batterie per il bilanciamento da-a-ora, magari di un impianto idroelettrico di pompaggio, ove disponibile, e di un massiccio stoccaggio di idrogeno per quei periodi prolungati di bassa produzione rinnovabile.
Il vero vincolo non è la tecnologia-ma la forza di volontà e gli investimenti. I sistemi di cui abbiamo bisogno sono tecnicamente fattibili, ma richiedono impegni e spese immediate per benefici che a molte persone sembrano astratti. Le infrastrutture per l’idrogeno non sono entusiasmanti per i comunicati stampa come fa un nuovo parco solare, anche se sono altrettanto cruciali.
Ci sono anche domande su come creare meccanismi di mercato che incentivino la costruzione di capacità di stoccaggio che potrebbero rimanere inattive per la maggior parte del tempo. I mercati elettrici tradizionali non sono stati progettati per questo tipo di requisiti di flessibilità. Qualcuno deve pagare per costruire e mantenere enormi riserve di stoccaggio anche durante gli anni in cui le condizioni meteorologiche sono favorevoli e le si utilizza a malapena.
Cosa deve succedere
Affinché lo stoccaggio di energia su larga scala possa gestire realmente la domanda durante la transizione verso le energie rinnovabili, è necessario che diversi fattori si allineino. I quadri di investimento devono riconoscere il valore dello spazio di archiviazione utilizzato raramente ma di fondamentale importanza-come un'assicurazione che speri di non richiedere mai. Le autorizzazioni di pianificazione e le valutazioni ambientali devono procedere più rapidamente senza sacrificare un’adeguata supervisione. E onestamente, il pubblico deve capire che il “futuro dell’energia pulita” include molte infrastrutture che non sono affascinanti ma sono assolutamente necessarie.
L'alternativa non è allettante. Senza un adeguato stoccaggio di energia su larga scala, ci si ritrova con il backup dei combustibili fossili, che vanifica lo scopo, o si accettano blackout periodici quando le energie rinnovabili non riescono a soddisfare la domanda, cosa che nessuno vuole. Oppure si sovraccarica massicciamente la capacità rinnovabile al punto che raramente si affrontano carenze-ma ciò è economicamente dispendioso e ad alta intensità di terreno-.
Lo stoccaggio non è l’argomento più attraente della politica energetica, ma potrebbe essere quello più importante a cui non prestiamo abbastanza attenzione. Se lo stoccaggio energetico su larga scala possa gestire la domanda dipende meno dalla capacità tecnica e più dalla nostra volontà di costruirlo nella scala necessaria prima di averne effettivamente bisogno. E quella finestra si sta chiudendo più velocemente di quanto la maggior parte delle persone si renda conto.