La tecnologia di stoccaggio dell’energia elettrica sotto forma di energia termica, oggetto del brevetto e denominata Integrated Thermal Electricity Storage System (IT-ESS), consente di rispondere in maniera efficace alle nuove esigenze di rapidità di stoccaggio e flessibilità di esercizio imposte dall’ampia diffusione di impianti a fonti rinnovabili caratterizzati da un’estrema variabilità e imprevedibilità di produzione dell’energia elettrica. Dato l’elevato patrimonio di conoscenze tecniche e pratiche sui componenti e fluidi utilizzati nell’impianto, l’invenzione dell’Università di Padova garantisce economicità, elevata affidabilità e disponibilità di esercizio oltre a tempi di avviamento e risposta alle variazioni di carico assai ridotti. Inoltre, data la versatilità dell’impianto, esso può essere configurato sia con componenti costruiti ad hoc che con componentistica esistente e derivante, per esempio, da impianti di generazione dell’energia dismessi (caratteristica, questa, che consente la riqualificazione di aree e impianti non più operativi).
Stato della tecnica
A seguito della liberalizzazione dei mercati energetici e l’ampia diffusione di impianti a fonti rinnovabili di natura intermittente quali eolico e fotovoltaico, è scaturita l’esigenza di immagazzinare l’energia elettrica prodotta da queste risorse ecocompatibili quando vi è una loro sovrapproduzione e una bassa domanda, per poi utilizzarla durante i periodi di elevata richiesta e insufficiente generazione. Dotando la rete elettrica di impianti di stoccaggio di elevata capacità e flessibilità, come il sistema IT-ESS, risulta possibile gestire in maniera efficiente ed efficacie il parco di generazione, immagazzinare, anche per lunghi periodi, elevate quantità di energia elettrica prodotta in maniera ‘green’, evitando quindi il suo spreco, e scongiurare gli squilibri di potenza sulla rete elettrica che inducono malfunzionamenti, guasti e blackout locali o globali.
Il brevetto
L’invenzione consiste in un sistema di stoccaggio dell’energia elettrica sotto forma di energia termica e nella sua riconversione in energia elettrica. Il sistema IT-ESS è in grado di immagazzinare quantità di energia elettrica che vanno da qualche decina di kWh a migliaia di MWh senza bisogno di particolari siti di installazione come accade per i suoi principali competitor: lo stoccaggio idrico (Pumped Hydro Storage) e lo stoccaggio mediante aria compressa (Compressed Air Energy Storage). Il sistema IT-ESS non soffre di una riduzione di vita legata al suo utilizzo, come accade per le batterie, ed essendo realizzabile con i componenti di impianti a fonte fossile inutilizzati consente di ridurre la sovraccapacità di generazione presente in rete. Durante il processo di carica, l’energia elettrica prodotta in eccesso dagli impianti a fonte rinnovabile viene convertita in energia termica mediante un riscaldatore elettrico che, a sua volta, riscalda il fluido, aria, che circola nell’impianto. L’aria calda viene quindi inviata ad un serbatoio costituito da corpi solidi ai quali cede il proprio calore. Mediante l’innalzamento della temperatura dei corpi solidi del serbatoio avviene lo stoccaggio dell’energia elettrica sotto forma termica. Grazie al sistema di isolamento, i corpi solidi costituenti il serbatoio si mantengono caldi per periodi anche molto lunghi. Quando richiesto dalla rete, l’energia termica stoccata nel serbatoio può essere riconvertita in energia elettrica. In questo caso, il compressore aspira aria a temperatura ambiente, ne innalza la pressione e la spinge a fluire attraverso i corpi solidi ad alta temperatura che costituiscono il serbatoio di stoccaggio. I corpi solidi cedono il loro calore all’aria che, una volta ad elevata temperatura, espande in una turbina e produce nuovamente potenza meccanica e, di conseguenza, energia elettrica.
Ad oggi, sono stati sviluppati i modelli numerici dell’impianto di stoccaggio ed è stato simulato il suo comportamento sia in regime stazionario che dinamico. Sempre a livello numerico è stato ottimizzato lo schema di impianto e la struttura dei singoli componenti. Sono altresì state condotte indagini sperimentali sul serbatoio di accumulo.
