I ricercatori hanno sviluppato un modello che può essere utilizzato per valutare le esigenze di accumulo energetico di una nazione che dovesse passare interamente a fonti energetiche rinnovabili, abbandonando i combustibili fossili per la produzione di energia elettrica. Il modello offre ai decisori politici informazioni fondamentali da utilizzare nel prendere decisioni a breve termine e nella pianificazione a lungo termine del sistema energetico.

“Abbiamo focalizzato questo studio sul sistema energetico italiano perché ha sofferto molto negli ultimi anni, a causa delle difficoltà di ottenere gas naturale a prezzi accessibili dovute all'invasione russa in Ucraina”, afferma Anderson de Queiroz, coautore di un documento sull’argomento e professore associato di ingegneria civile, edilizia e ambientale presso la North Carolina State University. “Questo ha sollevato domande su come l’Italia possa rendere il suo sistema energetico più sicuro. Il nostro obiettivo era quello di sviluppare un modello che ci permettesse di determinare quali sarebbero le esigenze di stoccaggio dell’energia in Italia se si allontanasse completamente dai combustibili fossili e soddisfacesse la domanda di elettricità con risorse rinnovabili.”

Lo stoccaggio di energia è un elemento critico del puzzle, perché la produzione da fonti energetiche rinnovabili, come il solare o l’eolico, è intermittente. Per esempio, è necessario essere in grado di immagazzinare l'energia generata dall’energia solare in modo da poter utilizzare tale energia di notte, quando il sole non splende.

Per comprendere meglio le esigenze di immagazzinamento dell’energia di un sistema, i ricercatori hanno modificato il modello di ottimizzazione denominato Temoa.

In particolare, i ricercatori hanno modificato il modello per tener conto di come la produzione di energia rinnovabile cambierebbe durante diversi momenti della giornata e dell’anno. Per esempio, la produzione di energia solare durante l’estate è maggiore a causa della maggior durata delle giornate, ma l'energia solare è comunque assente nelle ore notturne. I ricercatori hanno anche tenuto conto dei cambiamenti nel consumo di energia in momenti diversi della giornata e durante stagioni diverse. Per esempio, il consumo energetico può aumentare durante i caldi pomeriggi estivi se le persone utilizzano condizionatori d'aria.

La cattura di queste fluttuazioni giornaliere e stagionali nella produzione e nel consumo di energia rinnovabile ha permesso ai ricercatori di creare un modello più dettagliato del sistema energetico, che ha consentito loro di rispondere meglio alle domande sui fabbisogni di immagazzinamento del l'energia del sistema. Quanta energia rinnovabile potrebbe essere riorientata verso lo stoccaggio? Quanta energia dovrebbe essere immagazzinata per soddisfare la domanda?

“Il nostro modello modificato chiarisce che l'aumento della capacità di stoccaggio dell'energia è fondamentale per la decarbonizzazione del settore energetico italiano, ma offre anche alcune intuizioni dettagliate”, dice de Queiroz. “Ad esempio, il modello suggerisce che l’Italia deve essere in grado di immagazzinare circa il 10% della sua produzione di elettricità in dispositivi di accumulo di energia a breve termine.”

Il termine “stoccaggio di energia a breve termine” è un po’ ambiguo. Non si riferisce a quanto tempo un dispositivo di accumulo può immagazzinare energia. Si riferisce piuttosto a quanto tempo il dispositivo può sostenere la sua potenza massima. Per esempio, un dispositivo da 2 chilowatt e 1 ora di capacità d’accumulo potrebbe rilasciare due chilowatt di potenza per un’ora, mentre un dispositivo da 2 chilowatt e 3 ore di capacità d’accumulo potrebbe rilasciare due chilowatt di potenza per tre ore. I sistemi di accumulo dell’energia che possono rilasciare la potenza massima per quattro ore o meno sono generalmente considerati dispositivi di accumulo dell’energia a breve termine.

“La nostra proiezione relativa ai dispositivi di accumulo di energia a breve termine è guidata sia dal fabbisogno di accumulo di energia del sistema energetico e dal fatto che questi dispositivi sono il modo più conveniente per soddisfare tali esigenze, sulla base delle recenti proiezioni e stime dei costi” dice de Queiroz.

Ma mentre questo documento si concentra sul l’Italia, il modello modificato sviluppato dai ricercatori per questo lavoro può essere utilizzato per progettare le esigenze di immagazzinamento del l'energia per qualsiasi sistema energetico.

“Mentre il mondo si sposta verso le fonti di energia rinnovabili, dobbiamo trovare modi per gestirne la variabilità”, dice de Queiroz. “I dispositivi di accumulo dell’energia ci danno la flessibilità per adattarsi alle fluttuazioni nella produzione di energia mentre inoltre ci danno l’affidabilità di cui abbiamo bisogno per soddisfare le richieste di energia. E i modelli come quello che abbiamo mostrato qui forniscono informazioni critiche per i decisori politici in merito alle loro esigenze di stoccaggio dell'energia a lungo termine.”

Il documento, “Modeling energy storage in long-term capacity expansion energy planning: an analysis of the Italian system”, è stato pubblicato sulla rivista “Journal of Energy Storage”. Primo autore del documento è Matteo Nicoli, dottorando al Politecnico di Torino. Il documento è coscritto da Victor Duraes Faria, che ha di recente conseguito il dottorato presso NC State University e da Laura Savoldi del Politecnico di Torino.