Le batterie a litio e la grande sfida della domanda di stoccaggio di energia

Energia rinnovabile: uno studio esamina i sistema di energia intelligenti
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Il 9 agosto 2022, la Gran Bretagna ha vissuto il suo peggior blackout da un oltre un decennio. Oltre 1 milione di persone ha scoperto di non avere un controllo su quella situazione e, questo evento forte ci ricorda che la vita è molto  difficile se non siamo in grado di “tenere le luci accese”.

Si pensi a tutte le problematiche che questo evento ha causato nei luoghi di lavoro, negli ospedali e nei mezzi di trasporto di ogni tipo.
Due aspetti di questo evento fanno riflettere in modo particolare: dopo un fulmine, tre generatori elettrici erano andati in tilt e questo a portato a una situazione critica per le infrastrutture inglesi.

Il calo di frequenza ha interessato l’intero paese allo stesso modo, quindi non solo nell’area interessata colpite dai fulmine. Le disconnessioni sono state registrate dalla rete di distribuzione regionale (PNO) comprensive dei cavi locali, e il servizio era automatico e pre-programmato. In totale, 1,15 milioni di clienti sono stati scollegati in Inghilterra, Galles e Scozia.

Tutti i clienti sono riusciti a riconnettersi alla rete dopo addirittura 50 minuti. Perdere potenza per un’ora può essere molto scomodo per una famiglia, ma nelle città più grandi può causare il caos. Le imprese in una simile condizione possono dichiarare sotto il Codice di Emergenza dell’Alimentazione Elettrica, e non dovrebbero essere disconnesse perché hanno a carico apparecchiature con funzioni critiche.

L’ Aeroporto di Newcastle ha perso potere, perché non era un sito protetto e quindi il loro contratto energetico ha consentito la disconnessione alla rete. L’aeroporto ha un numero rilevante di generatori standby e batterie per mantenere la sicurezza essenziale dei sistemi in esecuzione, anche se non il resto dei loro servizi.
Anche l’Ospedale di Ipswich ha perso la connessione alla rete. Non è stato scollegato dalla rete generale, ma ci sono stati problemi di erogazione del servizio elettrico. Anche esso disponeva di generatori di standby per coprire solo parzialmente i suoi servizi. Anche le ferrovie sono state gravemente colpite. I principali centri di segnalazione e la forniture per i treni elettrici sono siti protetti, ma qualcosa è andato storto. Due sotto-stazioni per l’ alimentazione del servizio elettrico per il ferroviario hanno reagito alla bassa frequenza, dovute allo scollegamento alla rete; ciò ha provocato l’arresto temporaneo di alcuni treni. Il più significativo dei problemi è stato registrato nel funzionamento dei treni stessi. I treni diretti da Thameslink a nord di Londra sono stati interrotti, perché l’energia che proveniva generatori era insufficiente, per sostenere il servizio.

Ogni situazione critica rappresenta però un’opportunità: un evento simile insegna delle lezioni importanti per il futuro. E’ importante che sempre più aziende abbiano protocolli per la generazione dell’energia elettrica, dotati di un codice di conformità tale da servire un modulo alla volta, e gli operatori dovrebbero essere più attenti alla configurazione di sempre più estesi parchi eolici.
La seconda questione riguarda le possibili cause di un disservizio elettrico. Il mantenimento di sistemi di vecchi generatori vulnerabili perché dotati, sono stati sostituiti nel 2022 in Gran Bretagna.

Si poteva intervenire prima?

Infine,  l’interruzione della corrente ha causato più interruzioni di quanto dovrebbe essere previsto. L’aeroporto di Newcastle non si classificava come infrastruttura critica.
L’Ospedale Ipswich non era sufficientemente coperto dai generatori. Un numero ingente di treni si sono spenti e non si sono potuti riavviare.
Andando oltre gli elementi più tecnici: va sottolineato che una delle questioni più importanti nel settore dell’energia, è la potenziale transizione energetica.
Oltre all’interconnessione tra sistemi energetici, per rispondere adeguatamente alle esigenze energetiche attuali, lo stoccaggio è la ‘colla’ che potrebbe aiutare ad integrare più energie rinnovabili tra loro complementari.

Questo potrebbe rivoluzionare la gestione della rete, facilitare una più profonda decarbonizzazione e ridurre significativamente la necessità di combustibili fossili per fornire un servizio sempre più stabile e sostenibile. Occorrono tecnologie a basso costo che immagazzinino l’elettricità in eccesso quando è necessario, sono considerati “trasformazionali” e sono alla base della diffusione dell’energia pulita.
Un argomento sensibile è la diffusione dell’uso dei pannelli solari, che sono diventati sempre più di massa, dopo gli incentivi normativi che hanno ridotto fortemente i costi. Le batterie agli ioni di litio ora costano circa l’85% in meno rispetto all’inizio del decennio. Altre tecnologie importanti – che vanno dai volano all’uso dell’idrogeno – stanno vedendo i costi che convergono verso 200-280 sterline per kWh di capacità di stoccaggio, per un totale complessivo di 2.000 sterline per immagazzinare il tipico consumo giornaliero di una famiglia britannica (8 kWh).

Si è registrato recentemente anche un interesse crescente nei confronti delle batterie agli ioni di litio. Questi vengono utilizzati in diversi ambiti, dai telefoni cellulari alle batterie di rete, e sono in grado di fornire energia in migliaia di case. I veicoli elettrici stanno portando all’ascesa dell’uso della batteria, spingendone la produzione con un ritmo sempre più rilevante, con un consistente abbattimento dei costi.
Le strade della Gran Bretagna sono cresciute del 25% quest’anno, superando il quarto di milione di chilometri quadrati. Le batterie agli ioni di litio sono ben lungi dall’essere l’unica tecnologia che conta però. È importante ricordare che lo stoccaggio idro pompato (acqua in movimento tra laghi alti e bassi) è di gran lunga la più grande tecnologia, e rappresenta il 97% del mondo per installazioni di energia elettrica nel mondo. Una grande questione aperta è quanto flessibile saranno le politiche di governance della Gran Bretagna e che tipo di necessità di energia rinnovabile avremo nel prossimo futuro. Arrivare a oltre l’80% di energia eolica e solare, come è suggerito per
raggiungere il modello net-zero, potrebbe richiedere una espansione almeno di dieci volte superiore 3 GW di stoccaggio attuali nei prossimi decenni. È chiaro che saranno necessarie nuove tecnologie per bilanciare la variabilità dei parchi eolici e solari, ma quanto grande potrebbe essere il mercato rispetto alla richiesta di stoccaggio? Questa è una domanda che molti accademici e studiosi di settore hanno cercato di affrontare.

Non c’è nessuna risposta certa al momento, in quanto dipende fortemente da come il resto dei sistemi energetici si evolverà – ciò dipende da quanta energia elettrica viene dal nucleare, dalle energie rinnovabili e dai combustibili fossili flessibili, e da quante persone acquistano auto elettriche e pompe di calore. Dipende anche da quanto velocemente la scienza riuscirà a creare dei sistemi di funzionamento per sistemi di forniture intelligente e che impatto tecnico ed economico, queste risorse avranno nel breve e nel lungo termine.

La rete elettrica nazionale della Gran Bretagna potrà abbracciare diversi scenari energetici. Ogni installazione in Gran Bretagna va da 3 a 13 GW e ci si auspica che utilizzerà sempre più energie sostenibili nei prossimi quindici anni. Questo accadrà se si smetterà di fare affidamento fortemente sul gas naturale e ci si muoverà verso più energie rinnovabili per la rete dell’energia elettrica. Più energia elettrica proverrà da energia eolica e solare, per rispondere al fabbisogno di energia che cresce sempre più rapidamente, più investimenti verranno destinato ai sistemi di energia rinnovabile.
Naturalmente, lo storage di energie rinnovabili è solo una forma di risposta flessibile al bisogno energetico che può aiutare ad integrare fonti di energia a basse emissioni di carbonio. Protocolli di intesa tra paesi vicini possono realmente portare ad un’ottimale diffusione dell’energia rinnovabile (con la creazione ad esempio di apparecchi intelligenti e cilindri dell’acqua calda, ecc.).

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