Stoccaggio dell’energia: la prossima sfida nella transizione energetica

Nonostante gli ostacoli consistenti, nel 2023 gli investimenti nell’energia pulita hanno raggiunto i 1.700 miliardi di dollari, superando del 65% quelli nei combustibili fossili. Gli ambiziosi obiettivi sul fronte della transizione assicurano che gli investimenti nelle rinnovabili e nelle relative tecnologie aumenteranno ulteriormente. Alla COP28 di Dubai, il mondo ha deciso di triplicare la capacità di generazione da fonti rinnovabili entro il 2030. Secondo Bloomberg NEF, per riuscire ad azzerare le emissioni nette gli investimenti nell’accumulo dell’energia dovranno triplicare fino al livello di 93 miliardi di dollari all’anno. ¹

Il solare e l’eolico sono fonti energetiche naturalmente pulite e abbondanti, ma la loro fornitura è inaffidabile. Inoltre, anche in presenza di condizioni meteorologiche ideali, i periodi di picco dell’offerta di energia rinnovabile non sempre corrispondono ai periodi di picco della domanda di elettricità. Questo divario tra domanda e offerta è colmato dai sistemi di accumulo, che permettono di immagazzinare l’energia rinnovabile in eccesso generata nei momenti di picco per utilizzarla in seguito, quando la domanda di energia è elevata (ma la generazione da fonti rinnovabili è bassa).

Se una carenza di energia rinnovabile costituisce un problema, lo stesso si può dire di una sua eccedenza. Un’abbondanza di energia solare ed eolica può sovraccaricare le linee di trasmissione, causando congestioni, prestazioni ridotte e persino interruzioni di corrente. Di conseguenza, la generazione da rinnovabili deve essere spesso sospesa o contingentata per evitare un sovraccarico del sistema. In California nel 2022 sono stati tagliati 1,9 TWh di energia solare, l’equivalente della quantità necessaria per alimentare 200.000 abitazioni per un anno.² Nel 2020 il Regno Unito ha limitato la produzione di energia eolica in una misura tale da alimentare potenzialmente oltre un milione di abitazioni all’anno. ³

Il contingentamento non solo spreca preziose risorse energetiche, ma minaccia anche di ritardare l’espansione delle fonti rinnovabili. Gli operatori di rete esitano a investire ulteriormente nell’espansione della capacità se non possono cogliere interamente i ricavi delle rinnovabili o coprire completamente i costi di manutenzione.

Dal momento che l’energia può essere immagazzinata in molti modi, esiste un’ampia varietà di tecnologie di accumulo (cfr. Figura 1). Queste vanno dalla cattura del potenziale energetico delle reazioni elettrochimiche all’interno delle celle delle batterie a soluzioni molto più grandi, come gli impianti idroelettrici di pompaggio che immagazzinano il potenziale energetico dei flussi d’acqua tra enormi serbatoi.

Ogni tecnologia presenta caratteristiche proprie, che possono costituire un punto di forza o di debolezza a seconda delle condizioni di mercato in cui viene applicata. I supercondensatori, ad esempio, utilizzano i campi magnetici per accumulare ed erogare brevi scariche di energia ad alta tensione, ad esempio per l’accensione e lo spegnimento dei motori dei veicoli elettrici in corrispondenza di un semaforo. Ciò ne fa la soluzione ideale per l’alimentazione di emergenza in un ospedale o in un sistema di trasporto pubblico.

Le centrali idroelettriche di pompaggio sono note per la loro longevità e affidabilità, che ne fanno la soluzione di immagazzinaggio più dominante tra quelle installate finora. Tuttavia, questa soluzione è limitata alle regioni che hanno la fortuna di avere a disposizione acqua e spazio in abbondanza. Inoltre, tale sistema risente di un tempo di risposta ritardato, che lo rende poco adatto alle reti energetiche di nuova generazione che richiedono un’accensione e uno spegnimento quasi istantanei. Tuttavia, i maggiori trade-off riguardano la durata e i costi.

Da un lato ci sono le tecnologie in grado di accumulare molta energia per lunghi periodi, ma che tendono anche ad essere onerose dal punto di vista delle infrastrutture (e dei costi). Dall’altra ci sono quelle con tempi di risposta rapidi e infrastrutture meno pesanti, ma anche di durata più breve (e costose per unità di energia). Le batterie si collocano in una posizione intermedia, il che ne fa una soluzione diffusa per un gran numero di utilizzi.

Grazie ai veicoli elettrici la tecnologia delle batterie ha compiuto significativi progressi, anche nel caso delle soluzioni in grande scala necessarie per le reti elettriche. Soprattutto, il costo delle batterie è diminuito dell’80% negli ultimi dieci anni. Si prevede che l’accumulo in batteria crescerà a un tasso annuo composto (CAGR) del 29% fino al 2030 (cfr. Figura 2) tra le utility e a un tasso del 18% tra gli utenti commerciali e industriali di energia, come i data center e gli ospedali, che hanno i propri sistemi di immagazzinaggio di energia.

Le batterie presentano altri vantaggi. Sono economiche, facili da installare, versatili e, come i supercondensatori, possono fornire elettricità ad alta tensione la cui erogazione può essere rapidamente aumentata o ridotta. Di conseguenza, rappresentano la soluzione ideale per aiutare gli operatori di rete a gestire in modo conveniente gli squilibri quotidiani tra domanda e offerta che si sono intensificati con l’utilizzo delle fonti rinnovabili. Inoltre, le batterie possono contribuire alla stabilità della rete togliendo energia da quest’ultima per ridurre le congestioni (che si producono quando troppa elettricità cerca di farsi strada attraverso un numero insufficiente di linee di trasmissione). Analogamente, possono distribuire energia a intervalli regolari per assicurare che la rete rimanga in funzione ai flussi di frequenza imposti dalle leggi di mercato locali.

Tuttavia, le batterie non sono prive di inconvenienti. Con una durata di accumulo di 4-6 ore, molti tipi di batterie sono inadatti a immagazzinare l’energia per intere settimane o stagioni. Tuttavia, l’immagazzinaggio a lungo termine è fondamentale per sfruttare appieno il potenziale delle fonti rinnovabili. Si stanno sviluppando anche altri tipi di batterie, tra cui quelle a flusso redox, metallo-aria e a stato solido, che però, pur essendo promettenti, risentono di ostacoli all’integrazione nella rete che a nostro avviso nel limiteranno l’utilizzo commerciale su larga scala.

Siamo ottimisti sulle batterie agli ioni di litio, che rappresentano la soluzione più competitiva e versatile per le utility e gli operatori di rete. Tuttavia, affinché il loro potenziale possa essere sfruttato appieno, queste batterie devono essere integrate in modo efficiente nelle infrastrutture di rete nuove o esistenti, il che richiede spesso diversi tipi di servizi specialistici. A nostro avviso, ciò pone i fornitori di soluzioni integrate di accumulo e gli operatori energetici integrati nella posizione migliore per trarre vantaggio dalle tendenze strutturali in atto.

I fornitori di soluzioni integrate di accumulo abbinano soluzioni di immagazzinaggio, come le batterie, a servizi di integrazione e gestione digitale del sistema che aiutano a indirizzare in modo dinamico i flussi di rete per soddisfare la domanda. Gli operatori energetici verticalmente integrati offrono pacchetti di servizi ancora più ampi. Non solo possiedono impianti solari ed eolici, ma hanno anche le competenze necessarie per costruire alimentatori off-the-grid per clienti situati in aree remote o con grandi fabbisogni energetici, come i data center. In tal modo, possono controllare (e generare flussi di ricavi da) un’ampia gamma di servizi a livello di rete. Inoltre, questi operatori vantano portafogli di progetti in espansione in diverse aree geografiche.

Uno dei maggiori operatori integrati degli Stati Uniti, presente in 49 Stati, sta sviluppando la più grande batteria a energia solare della Florida. Analogamente, il principale fornitore australiano di energia rinnovabile sta sviluppando il suo più grande progetto di batterie utilizzando la tecnologia di Tesla. In Sud America gli operatori cileni stanno potenziando gli importanti impianti solari nel deserto di Atacama con sistemi di accumulo in batteria. Nel Regno Unito gli operatori energetici stanno convertendo le infrastrutture di rete, un tempo alimentate a carbone, per utilizzarle come impianti di accumulo in batteria.

All’aumentare degli obiettivi e degli impianti di energie rinnovabili, si intensifica la necessità di soluzioni di immagazzinaggio. Disporre di sistemi di accumulo efficienti e versatili è fondamentale. Tuttavia, per massimizzare i benefici delle rinnovabili, sono altrettanto importanti un’integrazione e una gestione efficiente dei flussi di energia.

Ne consegue che i fornitori di servizi integrati hanno le maggiori chance di risolvere in modo redditizio i problemi di immagazzinaggio delle reti elettriche.



Ringraziamo Patricia Garcia Abad per le sue preziose ricerche e per il suo contributo a questo articolo.

Note in calce

¹BloombergNEF, Energy Transition Investment Outlook. 2023.
²WEF, 2023. ”Storage is the key to the renewable energy revolution”
³Lane, Clark e Peacock, LLP. Gennaio 2021. “Is Battery Storage a good investment.”