BENI CULTURALI: l'asset esclusivo dell'Italia da rendere competitivo
L'energia: produrla, ma soprattutto saperla IMMAGAZZINARE
L'energia: produrla, ma soprattutto saperla IMMAGAZZINARE
Il crescente ricorso al rinnovabile richiede lo sviluppo di sistemi di accumulo energetico capaci ed efficienti
«Gli investimenti per gli impianti solari termici ad accumulo stagionale andrebbero
ad alimentare l'economia locale e l'occupazione, a differenza di quanto
avviene con l'eolico e il fotovoltaico»
N.B.: Le ricerche svolte presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell'Università di Salerno sui sistemi di accumulo energetico, sulle fuel-cell e sui veicoli ibridi e solari sono descritte sul sito
www.diin.unisa.it, alla sezione Ricerca
 Gianfranco Rizzo
Presidente Area Didattica di Ingegneria Meccanica e Gestionale Dipartimento di Ingegneria Industriale, Università di Salerno - grizzo@unisa.i
L' emergenza energetico/ambientale richiede un
crescente ricorso alle fonti di energia rinnovabile: l'obiettivo è quello di ridurre la produzione di gas serra e di limitare il ricorso ai combustibili fossili.
L'importanza strategica delle rinnovabili si è ancora di più accresciuta dopo che molti paesi, tra cui il nostro, hanno rinunciato all'opzione nucleare.
Le fonti rinnovabili, in particolare il sole e il vento, sono però caratterizzate da intermittenza e disponibilità incerta. Mentre la domanda di energia ha una sua propria variabilità, che non collima quasi mai con quella della produzione energetica.
Questo problema era in realtà presente anche con le fonti energetiche tradizionali: i grandi impianti termoelettrici a vapore o nucleari devono infatti lavorare a regime quasi costante, e non possono seguire la variabilità della domanda di energia elettrica in rete.
Da qui il ricorso ad un sistema articolato di soluzioni, tra cui gli impianti idraulici ad accumulo: il surplus energetico presente in rete nelle ore vuote è utilizzato per pompare l'acqua da un bacino
inferiore ad uno superiore. L'acqua torna a scendere nelle ore di punta, per produrre energia con un sistema turbina/generatore. Tra l'altro, è proprio la presenza di questo tipo di impianti sull'arco alpino che ci consente di importare i surplus generati di notte dalle centrali nucleari francesi e svizzere, accumulando energia idraulica.
Con il crescente ricorso alle rinnovabili, la richiesta di questi impianti di accumulo si è accresciuta. Purtroppo, però, la costruzione di impianti idraulici di pompaggio è possibile solo dove sussistano particolari condizioni orografiche, che consentano
l'utilizzazione, o la costruzione, di due bacini da collegare. Questi ultimi dovrebbero infatti trovarsi ad una distanza relativamente piccola, per limitare le perdite energetiche, ma con una differenza di livello notevole, per poter massimizzare l'immagazzinamento energetico.
Un'alternativa interessante è costituita dagli impianti CAES (Compressed Air Energy Storage), che prevedono l'immagazzinamento del surplus energetico sotto forma di aria compressa. Nelle ore di punta l'aria potrà poi espandere in una turbina, generando energia elettrica da immettere in rete.
I sistemi CAES offrono notevoli potenzialità in termini di costi di impianto e di capacità energetica. La soluzione più economica è l'immagazzinamento dell'aria compressa in caverne sotterranee: diversi studi hanno mostrato come queste formazioni geologiche siano abbastanza diffuse, anche in siti con un potenziale eolico elevato. In una collaborazione tra l'Università di Salerno e la Ohio State University è stato sviluppato un modello termo‑economico che descrive il funzionamento di un impianto di accumulo pneumatico composto da compressori multistadio interrefrigerati, turbine multistadio, serbatoio a volume costante, camera di combustione e sistemi di recupero del calore di compressione. Il modello è stato validato con dati rilevati presso un impianto CAES in Alabama, durante un soggiorno di studio di uno degli autori.
Sono stati studiati sia il dimensionamento ottimale dell'impianto che le modalità di gestione energetica ottimizzata, anche utilizzando tecniche di Dynamic Programming. Sono stati verificati i benefici ottenibili con la previsione della potenza eolica, effettuata tramite reti neurali ricorrenti.
I risultati hanno mostrato come questo tipo di impianto, opportunamente dimensionato e controllato, possa dare notevoli benefici in termini economici e di riduzione di CO2.
Ovviamente, e questo vale per qualunque sistema di accumulo, l'energia ceduta alla rete nelle ore di punta è sempre inferiore a quella prelevata durante le ore vuote, a causa di inevitabili perdite e degradazioni energetiche connesse al processo di immagazzinamento e successivo rilascio.
C'è poi un altro aspetto teorico che accomuna tutti questi sistemi: la strategia di gestione ottimale del sistema di accumulo può ottenersi solo con una perfetta conoscenza dei profili energetici in ingresso ed in uscita dal sistema. In altre parole, per gestire in modo ottimale un impianto CAES abbinato ad un impianto eolico si dovrebbe conoscere (ovvero stimare) la futura disponibilità dell'energia del vento e la variabilità della domanda di energia in rete.
Per quanto riguarda poi i fabbisogni di energia termica, l'importanza dei sistemi di accumulo è ancora maggiore: si potrebbe dire che in questo caso il problema principale è proprio quello dello sfasamento temporale tra la richiesta di energia e la sua disponibilità.
Pensiamo al riscaldamento domestico, per esempio: d'inverno fa freddo, e ci serve calore per riscaldarci, mentre d'estate di calore ce n'è troppo. Potremmo usare l'energia solare per riscaldarci durante l'inverno: ma dovremmo sovradimensionare i nostri collettori, ritrovandoci poi d'estate con un surplus di energia termica. Una soluzione potrebbe essere quella del "solar cooling": utilizzarla per raffrescare gli ambienti, con le macchine ad assorbimento.
Un'altra opzione riguarda quelle utenze che non hanno sostanziali esigenze di condizionamento estivo, e dove quindi il principale consumo energetico è quello relativo al riscaldamento invernale: un esempio significativo è quello delle scuole.
In questo caso l'acqua calda generata d'estate può essere immagazzinata in un serbatoio interrato e coibentato, dal quale prelevarla durante l'inverno.
Questo tipo di impianto, noto come CSHPSS (Central Solar Heating Plant with Seasonal Storage), è stato finora studiato soprattutto nell'Europa centro‑settentrionale, e pochissimo in Italia, dove di sole ne avremmo anche di più.
Studi in corso presso il DIIN mostrano come un accurato proporzionamento e controllo del sistema possa permettere di ottenere un edificio a consumo zero, ammortizzando i costi di impianto in 15‑20 anni, senza considerare eventuali incentivi.
Questa soluzione, finora poco considerata, presenterebbe un notevole vantaggio per il nostro paese: gli investimenti andrebbero quasi per intero ad alimentare l'economia locale, sia per la produzione dei collettori solari che, soprattutto, per la costruzione dei serbatoi interrati, con un forte impatto sull'occupazione. Mentre una buona parte dei costi per la costruzione di impianti eolici o fotovoltaici finisce in Germania o in Cina, per restare alle soluzioni più diffuse in tema di rinnovabile.
Quella degli impianti solari ad accumulo stagionale è quindi un'opzione da considerare, soprattutto in tempi dove sembra che le estati diventino più calde e gli inverni più freddi. |
