La maggior parte delle tecnologie d'accumulo a lunga durata è ancora più costosa delle batterie agli ioni di litio, ma alcune soluzioni hanno già raggiunto la competitività su periodi di stoccaggio superiori alle 8 ore
Accumulo di lunga durata, BNEF fa il punto della situazione
A che punto è il mercato dello stoccaggio di energia a lunga durata? Oggi diverse tecnologie d’accumulo si stanno facendo avanti per aiutare la rete a integrare volumi crescenti di rinnovabili non programmabili ma, escludendo i pompaggi idroelettrici, il mercato dello stoccaggio stazionario appare saldamente dominato dalle batterie a ioni di litio.
Questi dispositivi offrono innegabilmente una lunga serie di vantaggi, a partire da una facile scalabilità e un costo livellato inferiore alle altre opzioni. Tuttavia se la partita si gioca sul campo della durata nominale, è improbabile che mantengano il predomino a lungo. A fornire una panoramica del comparto è oggi una nuova indagine di BloombergNEF, dal titolo “Long-Duration Energy Storage Cost Survey“. L’analisi si focalizza sullo stoccaggio dell’energia a lunga durata o LDES (per usare l’acronimo inglese) definito da BNEF come un sistema in grado di immagazzinare energia per almeno 6 ore.
Tecnologie di Stoccaggio dell’Energia a Lunga Durata, quali sono?
Le tecnologie LDES non hanno una definizione universale. Nel macro insieme vengono solitamente inserite un gran numero di tecnologie, dalla capacità, durata nominale ed efficienza a volte fortemente diverse. Il LEDS Council le ha riassunte così:
| Forma di accumulo di energia | Tecnologia LDES | Capacità di stoccaggio (MW) | Durata Nominale (Ore) | Efficienza media di andata e ritorno |
|---|---|---|---|---|
| Meccanico | Impianto idroelettrico con pompaggio sotterraneo | 10-100 | 0–15 | 50–80% |
| Meccanico | Aria liquida | 50-100 | 10–25 | 40–70% |
| Meccanico | Pompaggio idroelettrico fuori terra | 200–400 | 0–15 | 70–80% |
| Meccanico | CO2 liquida | 10–500 | 4–24 | 70–80% |
| Meccanico | Aria compressa | 200–500 | 6–24 | 40–70% |
| Meccanico | Basato sulla gravità | 20-1.000 | 0–15 | 70–90% |
| Termico | Basato sul calore sensibile | 10–500 | 200 | 55–90% |
| Elettrochimico | Batteria di flusso con elettrolita acquoso | 10-100 | 25-100 | 50–80% |
| Elettrochimico | Batteria ad anodo metallico | 10-100 | 50-200 | 40–70% |
| Elettrochimico | Batteria di flusso ibrida (elettrolita liquido e anodo metallico) | >100 | 8–50 | 55-75% |
Ma vediamo come funzionano le principali tecnologie:
Accumulo gravitazionale
L’accumulo gravitazionale come si intuisce facilmente dal nome, sfrutta la forza di gravità. Un peso viene sollevato fino ad una certa altezza, usando l’energia elettrica per alimentare l’operazione (fase di carica). Quindi viene riasciato, in maniera controllata, trasformando l’energia cinetica della caduta in elettricità grazie a un generatore (fase di scarica). Ovviamente per mettere in pratica questo concetto è possibile ricorrere a diversi approcci.
Accumulo termico
Le tecnologie di stoccaggio termico comprendono in realtà più di una opzione. Vale a dire: accumulo del calore sensibile, accumulo del calore latente e accumulo del calore termochimico. Nel primo caso la tecnologia si basa sulla capacità termica di alcuni materiali che vengono semplicemente riscaldati e raffreddati. Lo svantaggio più grande? La bassa densità energetica che comporta necessariamente elevati volumi.
Accumulo ad aria compressa
L’accumulo ad aria compressa (noto anche con l’acronimo inglese CAES) sfrutta la pressurizzazione dell’aria durante i periodi di bassa domanda energetica, conservandola in serbatoi sotterranei o esterni (fase di carica). L’aria viene rilasciata durante i periodi di domanda elevata da parte della rete, facendola scorrere attraverso un espansore che converte l’energia meccanica in energia elettrica (fase di scarica).
Batterie di flusso
Le batterie di flusso rappresentano una sorta di ibrido tra una batteria convenzionale e una cella a combustibile. Le sostanze elettroattive sono disciolte in due fluidi – l’anolita e il catolita – conservati in differenti serbatoi esterni. Nella fase di scarica, i liquidi sono pompati nella cella elettrochimica centrale, dove avviene la reazione di ossidoriduzione. La ricarica si effettua semplicemente sostituendo l’elettrolita liquido. A differenza delle ricaricabili tradizionali, in queste batterie l’energia accumulata dipende dal volume e dalla concentrazione di elettroliti, mentre la potenza è in funzione esclusiva della superficie della membrana della cella.
Batteria alla CO2 liquida
La batteria alla CO2 liquida rientra nella macro categoria dello stoccaggio ad aria liquefatta (Liquid Air Energy Storage – LAES). In entrambi i casi gli impianti impiegano l’elettricità per raffreddare il fluido fino alla liquefazione (fase di carica), conservandolo in serbatoi ad hoc. Per fornire energia, i sistemi LAES riportano il liquido, che sia aria o solo CO2, allo stato gassoso, utilizzando quel gas per far girare una turbina e generare elettricità.
LDES, Costi e Competitività
BNEF, che in questo rapporto ha analizzato sette gruppi tecnologici LDES e 20 tipi di tecnologia, afferma che alcune soluzioni di stoccaggio energetico a lunga durata stanno già fornendo un accumulo più economico rispetto alle batterie agli ioni di litio per periodi superiori a otto ore.
Ma prima di entrare nel dettaglio di costi è bene tenere a mente un dato. Attualmente il 99% della capacità di stoccaggio esistente installata a livello globale, escludendo i pompaggi idroelettrici, rientra nella gamma della breve durata, ovvero inferiore alle otto ore. E addirittura il 75% del totale ha un valore inferiore alle quattro ore (dati di S&P Global). Il motivo? Essenzialmente economico. “Al momento gli sviluppatori di progetti di storage hanno pochissimi o nessun incentivo economico a investire in soluzioni di storage di lunga durata“, Scrive S&P.
Tornando ai dati di BNEF linea generale i costi unitari della maggior parte delle soluzioni di stoccaggio dell’energia di lunga durata diminuiscono con ogni ora di accumulo aggiunta. In altre parole le tecnologie LDES possono essere scalate in modo più efficiente rispetto alle batterie agli ioni di litio.
Attualmente lo storage termico e lo stoccaggio ad aria compressa, ad esempio, hanno raggiunto nel 2023 una spesa in conto capitale media, o capex, rispettivamente di 232 dollari per kWh e 293 dollari/kWh. Per fare un confronto, i sistemi agli ioni di litio vantano un capex medio di 304 dollari/kWh per sistemi di durata di quattro ore nello stesso.
Il maggior successo commerciale va però alle batterie di flusso che assieme alle soluzioni ad aria compressa ha registrato un numero crescente di progetti.
Stoccaggio di Energia a Lunga Durata, il Dominio della Cina
Non sorprende certo sapere che la Cina sia il primo Paese in termini di rapporto costo-efficacia per tecnologie come lo stoccaggio dell’energia tramite aria compressa, le batterie a flusso e lo stoccaggio dell’energia termica. Il capex medio nei mercati non cinesi risulta più alto del 68% per lo stoccaggio dell’aria compressa, del 66% per le batterie di flusso e del 54% per l’accumulo termico.
“La significativa disparità di costo è in gran parte dovuta alla maggiore adozione da parte della Cina delle tecnologie LDES”, spiega Yiyi Zhou, specialista di BloombergNEF e coautore del rapporto. “Mentre altre nazioni sono ancora nelle fasi iniziali della commercializzazione, la Cina sta già sviluppando progetti su scala gigawattora, guidati da politiche più favorevoli. Ciò è particolarmente vero per lo stoccaggio ad aria compressa e le batterie di flusso, dove il Paese ha stabilito nuovi record in termini di dimensioni dei progetti negli ultimi due anni”.
Nonostante ciò è improbabile che i costi LDES scendano così velocemente come quelli delle batterie agli ioni di litio in questo decennio. Soprattutto della Repubblica popolare dove le ricaricabili a ioni litio sono addirittura le più economiche al mondo. Una sfida fondamentale per molte di queste nuove tecnologie di accumulo è la mancanza della scala di produzione; un elemento quest’ultimo che le batterie agli ioni di litio sfruttano da anni nell’industria dei veicoli elettrici e che ha consentito riduzioni dei costi decisamente drastiche negli ultimi decennio.
