Lo Stoccaggio di energia di lungo periodo

Le 5 più promettenti tecnologie di storage a lunga durata

Le reti a basse emissioni di carbonio necessitano di uno stoccaggio di lunga durata, ma poche tecnologie sono riuscite ad attuarlo su larga scala. Ecco l’attuale elenco delle migliori attualmente in sviluppo.

Raramente un’impresa così cruciale per il futuro della civiltà umana ha portato a un così scarso successo commerciale.

Lo stoccaggio di energia di lunga durata ha un grande potenziale per un mondo in cui l’energia eolica e solare dominano le nuove aggiunte di centrali elettriche e gradualmente stanno superando le altre fonti di elettricità. Il vento e il solare producono solo in determinati momenti, quindi hanno bisogno di una tecnologia complementare per colmare le lacune. E le batterie agli ioni di litio che forniscono oggi il 99 percento della nuova capacità di archiviazione diventano molto costose se si tenta di allungarne lo stoccaggio per molte ore.

Il problema è che nessun chiaro vincitore è emerso per svolgere quel ruolo di stoccaggio dilunga durata.

Molte opzioni tecnicamente “funzionano”. La domanda è: funzionano con un prezzo e un ciclo di sviluppo accettabili e le aziende che li forniscono possono rimanere a galla abbastanza a lungo da dimostrarlo? Quest’ultimo passo è stato difficile da realizzare per le aziende, nella misura in cui negli anni precedenti non c’erano praticamente posti dove vendere effettivamente queste cose.

Questo sta finalmente iniziando a cambiare, grazie a due tendenze connesse tra di loro. Innanzitutto, l’eolico e il solare competono ora in modo molto efficace per l’aggiunta di capacità negli Stati Uniti e in altri paesi sviluppati. La proliferazione di queste risorse crea la propria spinta per lo stoccaggio di lunga durata in luoghi con elevate concentrazioni di parchi eolici e solari. Un primo mercato particolarmente interessante è quello delle reti remote o insulari, dove le energie rinnovabili e lo stoccaggio superano già il prezzo del gasolio importato.

In secondo luogo, spinto da questo successo, molte società di servizi, stati e nazioni stanno alzando i loro obiettivi per l’energia pulita. Una volta che una giurisdizione si impegna ufficialmente per il 100% di energia priva di carbonio, deve iniziare a pensare seriamente a come sostituire gli impianti di gas che attualmente forniscono la controparte flessibile alla variazione della produzione delle energie rinnovabili. Queste politiche in genere prevedono una fatturazione primaria per le fonti di energia pulita, ma potrebbero anche essere considerate strumenti di creazione del mercato per la classe di attività di stoccaggio di lunga durata.

Alla luce di questi sviluppi, abbiamo elencato le imprese dello stoccaggio di energia, senza un ordine particolare. I criteri per la selezione includono: tecnologia plausibile; investimento recente; trazione del mercato (classificata secondo una generosa curva di lunga durata); e, per le aziende, non essere in bancarotta.

Pompaggio idrico

Il design moderno di metà del secolo è di nuovo in voga, quindi perché non la tecnologia di stoccaggio di metà del secolo? Questo concetto basato sulla gravità che sposta fisicamente l’acqua da un serbatoio basso ad uno alto, dal quale l’acqua scende, quando necessario, per generare elettricità. Ciò risale a molto prima dell’apogeo degli ioni di litio e fornisce ancora circa il 95 percento dello stoccaggio della rete statunitense, secondo il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti.

Una volta costruiti, questi sistemi vantano un costo di stoccaggio molto basso e contengono quantità di energia davvero enormi rispetto alla batteria più grande del mondo. Il problema è che è estremamente difficile costruire nuovi impianti di stoccaggio a pompa idroelettrica, a causa delle implicazioni di grandi infrastrutture a base d’acqua e delle recenti difficoltà nell’esecuzione di grandi progetti di costruzione in generale.

La nuova scuola di idro pompaggio si concentra su serbatoi isolati che non disturbano gli ecosistemi fluviali; ciò semplifica le autorizzazioni, ma i progetti devono ancora affrontare una sequenza temporale di sviluppo decennale e costi miliardari.

Tuttavia, una manciata di tali progetti si sta muovendo in avanti. Il progetto Gordon Butte da 400 megawatt nel Montana ha permessi e sostegno finanziario; la 1.300 megawatt Eagle Mountain in California ha una licenza federale per la costruzione e il sostegno di NextEra Energy. E l’utility Dominion Energy sta lavorando su un sistema di durata di 10 ore da 800 megawatt nella Virginia sudoccidentale.

L’ascesa delle energie rinnovabili ha costretto a dare un nuovo sguardo a questa vecchia tecnologia. Ora tocca all’industria idroelettrica dimostrare di essere economica ed efficiente.

Blocchi impilati

E se, invece di utilizzare batterie o pompare acqua, avessi accumulato energia in eccesso automatizzando una gru robotica a sei bracci per impilare migliaia di monoliti appositamente costruiti da 35 tonnellate in una torre simile a Babele e farli cadere di nuovo quando necessario per liberare energia?

Questa è la domanda provocatoria posta dalla startup Energy Vault, uno spin-off dell’incubatore Idealab dell’imprenditore di software Bill Gross.

Se i mazzi scivolosi decisero le corse tecnologiche delle armi, questa società dominerebbe il settore. L’idea è nata dall’iterazione dello stoccaggio di gravità con pompaggio idrico, ma adattandolo per una maggiore diversità geografica ed evitare i limiti sopra descritti. Gross ha investito in progressi tecnologici che erano già maturati in altri settori – visione artificiale, fabbricazione di calcestruzzo, gru – e ha prodotto un inventario di stoccaggio della griglia completamente originale.

Quella visione ha portato il più grande investimento di sempre in una startup di tecnologia di archiviazione stazionaria: 110 milioni di dollari da SoftBank la scorsa estate. E Tata Power si è registrato per un’installazione di 35 megawatt/ora che era prevista per il 2019, segnalando l’interesse di clienti seri.

Se quel sistema è ora attivo e funzionante, Energy Vault non lo ha detto. Stabilire che funziona nella pratica commerciale è cruciale per tutte le nuove tecnologie in questo spazio. E in un settore in cui lievi deviazioni dalle pratiche operative standard possono spaventare clienti e finanziatori, Energy Vault ha molto da fare per costruire la fiducia.

Aria liquida

Highview Power non si considera più una startup. Dopo 15 anni di perfezionamento della sua tecnologia, questa società con sede nel Regno Unito è passata dalla gestione dei progetti pilota allo sviluppo di impianti su larga scala.

Il meccanismo dell’azienda raffredda l’aria e la immagazzina in serbatoi fuori terra pressurizzati. Le apparecchiature di compressione e i generatori di corrente provengono da catene di approvvigionamento consolidate nelle industrie mature. L’innovazione tecnologica qui li sta usando per lo stoccaggio in rete.

I leader di Highview si rendono conto che devono autofinanziare i primi progetti per mostrare al mercato che funzionano. A febbraio hanno raccolto $ 46 milioni da Sumitomo Heavy Industries per fare proprio questo.

Aria compressa sotterranea

Gli umani hanno accumulato energia nelle caverne sotterranee per decenni: una fabbrica di Huntorf, in Germania, risale al 1978 e la fabbrica di McIntosh in Alabama è stata aperta nel 1991. Ma quei progetti pionieristici non sono riusciti a dare il via a una tendenza. Diverse startup hanno provato e non sono riuscite a migliorare quella tecnica.

Il concetto di base è quello di utilizzare l’elettricità in eccesso per pompare l’aria compressa in una formazione sotterranea adatta che si comporta come un gigantesco serbatoio di stoccaggio. Il rilascio dell’aria in pressione consente all’impianto di rigenerare l’elettricità quando necessario.

Ma non tutti hanno un diapiro salino nel loro cortile. La società canadese Hydrostor ha adottato un approccio diverso: pompare aria compressa in grotte appositamente costruite o esistenti, come le miniere abbandonate, e usare l’acqua per mantenere la pressione. L’acqua mantiene le cose a una pressione costante e consente l’uso di cavità più piccole di quelle normalmente utilizzate nelle tecniche tradizionali. L’obiettivo è quello di liberare lo stoccaggio di aria compressa dai vincoli geologici che lo hanno trattenuto minimizzando il rischio tecnologico grazie alle apparecchiature prese in prestito da altri settori.

Hydrostor ha un sistema commerciale che opera in Canada e sta concludendo un sito dimostrativo in Australia. Lo scorso autunno ha raccolto altri $ 37 milioni per sviluppare una pipeline e un impianto ancora più ambizioso.

Batterie di flusso

Le batterie a flusso sono state considerate promettenti per tutto il tempo in cui qualcuno ha pensato allo stoccaggio di lunga durata, ma ciò non ha offerto loro molti vantaggi sul mercato.

La maggior parte delle società di batterie a flusso sono insolventi o aspirano ancora alla loro prima sostanziale distribuzione commerciale. Ma molti scienziati che studiano la batteria a flusso giurano sulla tecnologia, che fa circolare elettroliti liquidi per caricare o scaricare elettroni attraverso la reazione redox.

La società ESS sta ancora lavorando alla costruzione del suo primo progetto su vasta scala, ma a novembre ha raccolto altri 30 milioni di dollari grazie alla sua chimica del flusso di ferro. È orgoglioso di utilizzare un materiale economico e abbondante per il suo ingrediente attivo. Ciò contrasta con gli accoliti del flusso di vanadio che hanno agganciato i loro carri a un minerale che negli ultimi anni ha avuto un rialzo selvaggio nei mercati delle materie prime.

Le batterie Avalon, probabilmente il produttore di flusso di vanadio di maggior successo in termini di numero di sistemi impiegati, hanno trovato un modo per aggirare la sfida dei costi dei materiali. Ha creato un accordo per il noleggio del vanadio da società minerarie, che vorrebbero vedere un nuovo mercato per il loro prodotto. Con la produzione in serie di sistemi chiavi in ​​mano in una fabbrica, Avalon ha spedito 160 batterie di flusso, sfuggendo alle piccole quantità senza uscita dei piloti costruiti a mano. Questi sistemi non sono di per sé di lunga durata, ma competono con le batterie agli ioni di litio sulla durata del ciclo in applicazioni ad alto rendimento.

Sulla base di ciò, Avalon prenderà presto il controllo della società di flussi britannici RedT, che ha innovato commercialmente ma ha sofferto di cali cronici dei corsi azionari e requisiti di capitale incombenti.

Tale accordo ha portato a nuovi investimenti e segna uno sviluppo insolitamente positivo per il settore, dimostrando che l’attività di fusione e acquisizione delle batterie a flusso può avvenire al di fuori della vendita indotta dal fallimento.

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