Blog circa Lo stoccaggio di energia su scala di rete si espande in un contesto di crescita delle energie rinnovabili

Immaginate una città in cui le luci rimangono luminose anche quando la luce del sole svanisce e il vento si abbassa, dove le fabbriche continuano a ronzare senza interruzioni.sistemi di accumulo di energia della reteMa come funzionano esattamente questi sistemi e quale potenziale trasformativo hanno per il nostro futuro energetico?

Immagazzinamento della rete: il serbatoio di energia

I sistemi di stoccaggio dell'energia (ESS) funzionano come serbatoi elettrici: essi immagazzinano energia (da energia elettrica o da fonti rinnovabili) durante i periodi di scarsa domanda e la rilasciano quando necessario,rispondere a esigenze di potenza variabili in diversi periodi di tempoL'ESS svolge un ruolo fondamentale nel mantenere la stabilità della rete e nel migliorare l'efficienza energetica, spesso utilizzato insieme agli impianti di generazione per accrescere i benefici economici.

Diverse tecnologie di stoccaggio: una gamma di soluzioni

Attualmente, cinque tecnologie di stoccaggio primario dominano le applicazioni commerciali negli Stati Uniti, classificate in base alla capacità di generazione totale a partire dal 2022:

• Idro pompata:La tecnologia a larga scala più matura, l'idro pompata, utilizza l'elettricità per spostare l'acqua tra serbatoi a diverse altezze, generando energia quando rilasciata attraverso le turbine.
• Immagazzinamento a batteria:I sistemi agli ioni di litio in rapida crescita immagazzinano energia attraverso reazioni elettrochimiche, offrendo flessibilità e costi in calo.
• Immagazzinamento solare termico:Questo metodo converte la luce solare in calore immagazzinabile, utilizzato in seguito per generare elettricità, affrontando l'intermittenza dell'energia solare.
• Aria compressa:Conservando l'aria pressurizzata sottoterra, questa tecnologia consente il rilascio di energia su larga scala attraverso la generazione di turbine.
• Volano:Questi sistemi a rotazione ad alta velocità eccellono per la risposta rapida, rendendoli ideali per la regolazione della frequenza.

Le tecnologie emergenti come i supercondensatori, lo stoccaggio magnetico superconduttore e i sistemi a base di idrogeno mostrano uno sviluppo promettente.utilizzando l'elettricità fuori pico per creare ghiaccio per le esigenze di raffreddamento diurno.

Metrici di capacità: Potenza contro energia

I sistemi di stoccaggio sono valutati attraverso due misure chiave:

• Capacità di potenza:Potenza massima istantanea (misurata in W, kW, MW o GW)
• Capacità energetica:Energia totale immagazzinabile/rilasciabile (misurata in Wh, kWh, MWh o GWh)

La US Energy Information Administration (EIA) classifica i sistemi in base alla capacità di potenza:

• A grande scala:Capacità ≥ 1 MW, principalmente di proprietà delle utility per i servizi di rete
• Piccole dimensioni:Capacità < 1 MW, in genere di proprietà dell'utente con impianti solari

Come fonti di energia secondarie, i sistemi di stoccaggio consumano più energia durante la ricarica di quanto forniscano durante la scarica.L'EIA segnala sia la produzione lorda (output effettivo) che la produzione netta (output meno le perdite di carico/operazione), con dati netti in genere negativi per evitare doppi conteggi.

Paesaggio di stoccaggio degli Stati Uniti (2022)

L'energia idroelettrica pompata continua a dominare la capacità e la produzione, mentre lo stoccaggio delle batterie dimostra una rapida crescita.

Applicazioni e benefici

I sistemi di stoccaggio offrono un valore multiforme in tutto l'ecosistema energetico:

• Stabilità della grigliaLa risposta rapida alle fluttuazioni della domanda e dell'offerta mantiene la frequenza e la qualità dell'energia
• Gestione del carico:Lo spostamento del consumo dai periodi di picco ai periodi non di picco riduce i costi e la pressione sull'infrastruttura
• Integrazione delle fonti rinnovabili:L'eliminazione della generazione intermittente da energia eolica/solare migliora la compatibilità della rete
• Infrastruttura rinvio:Ritardare costosi aggiornamenti della rete nelle zone ad alta crescita
• Potenza di riserva:Fornitura critica durante interruzioni per imprese e istituzioni
• Abilitazione della microgrid:Sostenere sistemi energetici indipendenti o ibridi

Le domande sono suddivise in due categorie temporali:

• A breve termine:Risposta su scala minutaria per la regolazione della frequenza
• Ciclo giornaliero:Trasferimento di energia su scala oraria per la gestione del carico

Profili di distribuzione della tecnologia

Idro pompata

Le 40 centrali idroelettriche di pompaggio degli Stati Uniti (22.008 MW in totale) rispondono principalmente alla domanda di raffreddamento estivo.con cinque Stati che ospitano il 61% della capacità nazionale.

Immagazzinamento a batteria

I sistemi di batterie su scala di utility hanno raggiunto 8.842 MW/11.105 MWh entro il 2022, con 4.807 MW aggiunti solo quell'anno.Il litio-ione domina grazie all'efficienza e alla reattività, con 207 impianti co-locati con energie rinnovabili (principalmente solari).

Batterie su piccola scala

Nel 2021 i sistemi da 1 MW hanno totalizzato 1.094 MW in 42 Stati, il 71% dei quali è legato alle installazioni solari a rete.

Immagazzinamento termico solare

Due impianti operativi (450 MW combinati) utilizzano lo stoccaggio di sale fuso, guidato dall'impianto Solana dell'Arizona da 280 MW.

Aria compressa

L'impianto McIntosh dell'Alabama di 110 MW rimane l'unica struttura operativa, utilizzando lo stoccaggio di saline con supplemento di gas naturale.

Volano

Quattro sistemi operativi (47 MW in totale) sono specializzati nella regolazione della frequenza, con New York/Pennsylvania che ospita una capacità di 40 MW.

Prospettive per il futuro

Il settore dello stoccaggio mostra una notevole crescita, in particolare per le batterie:

• 22,255 MW di nuova capacità di batterie prevista fino al 2026
• 13,881 MW co-locati con progetti solari
• Progetto di aria compressa da 317 MW in corso in Texas

I fattori di crescita includono l'espansione delle energie rinnovabili, gli incentivi statali e l'evoluzione delle strutture di mercato.672 MW di progetti idroelettrici in fase di revisione con 47In 21 Stati sono in fase di autorizzazione preliminare circa 960 MW.

Con il calo dei costi e la maturazione delle tecnologie, lo stoccaggio dell'energia diventerà sempre più la pietra angolare di reti resilienti e alimentate da energie rinnovabili, consentendo un'energia più pulita,sistemi energetici più efficienti per le generazioni future.