Storage di energia termica, la strada maestra per integrare le rinnovabili nel sistema energetico

Storage di energia termica, la strada maestra per integrare le rinnovabili nel sistema energetico
Pubblicazione: 8 febbraio 2021
La chiave per avere un sistema energetico al 100%, o quasi, a fonti rinnovabili dovrà passare attraverso tutte le forme di stoccaggio delle fonti energetiche che, per loro natura, non sono sempre generate nel momento del consumo.

Tra le diverse tipologie di accumulo, soprattutto stagionale, sebbene ancora poco conosciute, una notevole potenzialità ce l’hanno quelle che conservano l’energia termica, le cosiddette Thermal Energy Storage (TES).

Tecnologie che potrebbero consentire oltre di disaccoppiare la produzione di energia dalla domanda, anche di spostare la domanda di calore in periodi che prevedono bassi prezzi dell’elettricità. Una forma di accumulo che consentirebbe dunque di dare flessibilità al sistema e integrarvi una quota sempre più elevata di energia solare ed eolica, anche per l’industria e l’edilizia.

A dicembre 2020 un dettagliato rapporto di IRENA, l’Agenzia internazionale per le energie rinnovabili, dal titolo “Innovation Outlook. Thermal Energy Storage” (allegato in basso), ha illustrato le sue possibili applicazioni (con diversi casi studio, vedi anche la rappresentazione nell’immagine qui sotto), gli sviluppi e le innovazioni necessarie delle tecnologie attualmente in uso.

Il documento dedica anche una particolare attenzione alle politiche regolatorie e finanziarie da attivare ai fini della loro realizzazione.
Nello specifico si spiega che servirebbero strutture di mercato neutrali cioè in grado di far competere le tecnologie TES con altre fonti che offrono servizi di flessibilità al sistema energetico. Inoltre sarebbero urgenti normative costruttive che non prevedano più l’uso di combustibili fossili per il riscaldamento degli edifici.

Partiamo dalle potenzialità nel medio periodo. Lo studio stima che il mercato mondiale dello storage di energia termica possa triplicare entro il 2030. La capacità di stoccaggio operativa nel 2019, pari a 234 GWh, potrebbe balzare a oltre 800 GWh in un decennio. Nello stesso periodo gli investimenti in applicazioni TES dovrebbero essere compresi tra 13 e 28 miliardi di dollari.

Nel report vengono identificati due modelli di TES tecnologicamente maturi. Il primo è quello che utilizza l’acqua calda immagazzinata in serbatoi, anche sotterranei, per fornire riscaldamento e raffreddamento soprattutto per impieghi a bassa temperatura nel settore residenziale e industriale (ad esempio da solare termico).

Un secondo, quello con stoccaggio di sali fusi, più maturo, è comunemente utilizzato in combinazione con impianti CSP (solare termico a concentrazione). Questa forma di stoccaggio è quella che potrebbe registrare l’aumento più consistente, passando in pochi anni da 21 GWh fino a 491-631 GWh.

In generale, gli autori del report raccomandano di aumentare il numero di progetti dimostrativi TES per tutte le aree e i segmenti del sistema energetico, per poter meglio evidenziare i vantaggi che possono apportare al sistema stesso.

Nel breve periodo potrebbero diventare più competitive sul mercato anche altre tecnologie. Tra queste, diverse varianti allo stato solido e allo stato liquido (ice battery, batterie termiche, aria compressa) che possono immagazzinare il surplus di energia da CSP, fotovoltaico ed eolico, ma che al momento sono ancora all’inizio delle loro fasi di sviluppo.

Il rapporto nel terzo capitolo indica le 13 sotto-tecnologie di Thermal Energy Storage. Le raggruppa in 4 categorie: immagazzinamento sensibile, latente, termochimico e meccanico-termico. Qui sotto nell’immagine uno schema sulle tecnologie TES anche secondo la loro temperatura di esercizio.
Una parte del documento (Insights for Policy Makers) è dedicata a fornire una panoramica di tutte le tecnologie TES sia legate alla generazione elettrica, all’industria, alla refrigerazione al calore per abitazioni o per i district heating. Il quadro include una gamma di valori di efficienza e di costo per le installazioni di storage termico, la durata di vita e le temperature di esercizio.

Interessanti i 12 casi di studio illustrati nel documento IRENA che danno conto delle diverse tecnologie TES (comprese quelle in fase di prototipo) e il loro impatto sul settore energetico.

Si batte poi un aspetto importante: vanno dedicati investimenti in ricerca e sviluppo per rendere alcune tecnologie ancora più competitive in un mercato che sarà certamente in crescita. Si fa ad esempio riferimento alle applicazioni che utilizzeranno materiali sottoposti ad elevatissime temperature o a serbatoi di stoccaggio termochimici di idrati di sale.