L'energia e i principali sistemi di accumulo

L’energia elettrica, con l’eccezione degli accumuli con condensatore o con magneti superconduttori, non può essere accumulata direttamente, ma deve essere convertita in altra forma di energia.

Vediamo in rassegna quali sono i sistemi di accumulo, non tutti presenti nel mercato, su cui si sta concentrando la ricerca tecnologica, classificandoli secondo il metodo di conversione utilizzato.

Accumulo meccanico: l’energia elettrica viene convertita in energia potenziale o cinetica. L’esempio più diffuso è quello con sistemi di pompaggio d’acqua, ma troviamo anche sistemi ad aria compressa o a volano.

Accumulo elettrochimico: l’energia elettrica è convertita in energia chimica mediante processi elettrochimici. Esistono le comuni “pile primarie” e le “pile secondarie”, nelle quali la conversione dell’energia è reversibile. Attualmente la batteria NA-S (sodio-zolfo) è il sistema di accumulo elettrochimico più utilizzato nelle reti elettriche. I primi impianti, negli anni ’80, utilizzavano, invece, il piombo. Abbiamo anche batterie alcaline, al litio, batterie redox e supercondensatori, in grado di fornire alte potenze, ma per tempi molto brevi.

Accumulo elettromagnetico: l’energia viene accumulata in un campo magnetico creato dal flusso di corrente. È una tecnologia oggetto di numerosi progetti di ricerca o realizzata in alcuni sistemi sperimentali.

Accumulo termico: è generalmente e convenzionalmente utilizzato sotto diverse forme, come calore a bassa temperatura o freddo, per gli usi civili e industriali. Ben si presta per superare i vincoli legati alla disponibilità delle fonti primarie di energia (pannelli fotovoltaici, pompe di calore) o particolari condizioni di costo e disponibilità dettate dal mercato.

Accumulo chimico: prevede la conversione dell’energia elettrica (ma anche termica) in energia chimica, mediante reazioni reversibili. Per esempio si possono produrre dei gas, facilmente trasportabili e accumulabili. Uno dei principali fronti della ricerca si sta concentrando sull’utilizzo dell’idrogeno, considerato uno dei maggiori vettori energetici del prossimo futuro, che può essere ottenuto da combustibili fossili, da biomasse, da acqua.

Nel processo di rapida evoluzione tecnologica dettato da ragioni economiche e ambientali, come detto, l’uso dei sistemi di accumulo diventa strategico per il raggiungimento dell’affidabilità e la messa in rete dei nuovi sistemi, nonché per l’auto sostentamento energetico degli edifici.

L’accumulo di energia non deve essere inteso in senso limitato, cioè relativo al solo accumulo di energia elettrica derivante dagli impianti fotovoltaici o micro-eolici. Accumulare energia significa anche, a titolo di esempio, accumulare acqua calda o acqua refrigerata, da utilizzare quando ve ne sia la necessità e non sia possibile coprire l’intero fabbisogno richiesto dall’edificio.

Questa premessa si rende necessaria soprattutto se analizziamo il dimensionamento degli impianti. Non è conveniente, infatti, stabilire che la potenza derivante dai calcoli invernali per ogni singolo locale (ma lo stesso vale anche per la potenza estiva) debba essere fornita continuativamente per tutto l’arco della stagione.

Le potenze di riscaldamento o raffrescamento di ogni singolo locale vengono determinate nelle condizioni più gravose, situazione molto spesso raggiunte solo poche volte nel corso dei mesi.

Molto spesso le pompe di calore o, più in generale, i sistemi di produzione del vettore termico, sono dimensionati per coprire il picco di potenza, risultando sovradimensionate per la maggior parte dell’anno.