Con la crescente necessità di combattere il cambiamento climatico, le energie rinnovabili come il solare e l’eolico stanno diventando sempre più importanti. Tuttavia, una delle sfide principali è la loro natura intermittente: il sole non splende sempre e il vento non soffia costantemente. Come possiamo allora garantire un flusso di energia stabile e affidabile? Una soluzione promettente è rappresentata dalle cosiddette “batterie d’acqua giganti”, o sistemi di accumulo idroelettrico a pompaggio (Pumped Hydro Storage, PHS), che sfruttano l’acqua come mezzo per immagazzinare e rilasciare energia.

Che cos’è un sistema di accumulo idroelettrico a pompaggio?

Un sistema di accumulo idroelettrico a pompaggio funziona in modo relativamente semplice e sfrutta l’energia potenziale dell’acqua. Quando c’è un surplus di energia prodotta da fonti rinnovabili (come durante una giornata ventosa o molto soleggiata), questa energia in eccesso viene utilizzata per pompare acqua da un bacino inferiore a uno superiore. Quando c’è invece una maggiore domanda di energia, o le rinnovabili non riescono a soddisfarla, l’acqua viene rilasciata dal bacino superiore a quello inferiore, passando attraverso delle turbine che generano elettricità. Questo processo è molto simile a quello delle tradizionali centrali idroelettriche, ma con l’aggiunta della capacità di accumulare energia per quando è più necessaria.

Perché le batterie d’acqua giganti sono importanti?

La capacità di immagazzinare energia su larga scala è cruciale per bilanciare la rete elettrica, specialmente in un mondo che si affida sempre più alle fonti rinnovabili. Le batterie d’acqua giganti offrono una soluzione pratica ed efficiente. Attualmente, i sistemi di accumulo idroelettrico a pompaggio rappresentano circa il 95% della capacità globale di accumulo di energia. Questi sistemi possono immagazzinare enormi quantità di energia e restituirla rapidamente alla rete, il che è essenziale per gestire i picchi di domanda e stabilizzare le fluttuazioni nella produzione di energia da fonti intermittenti come il sole e il vento.

I vantaggi delle batterie d’acqua giganti

  1. Capacità di accumulo elevata: A differenza delle batterie tradizionali, come quelle agli ioni di litio, i sistemi PHS possono immagazzinare energia su una scala molto più ampia, dell’ordine dei gigawattora (GWh).
  2. Lunga durata: I sistemi di accumulo idroelettrico a pompaggio hanno una durata operativa molto lunga, spesso superiore a 50 anni, senza una significativa perdita di efficienza, al contrario delle batterie chimiche che tendono a degradarsi con il tempo.
  3. Efficienza energetica: Questi sistemi possono raggiungere un’efficienza di ciclo (dal pompaggio al rilascio di energia) del 70-80%, rendendoli molto efficienti rispetto ad altre tecnologie di accumulo.
  4. Costi operativi relativamente bassi: Una volta installati, i sistemi di accumulo idroelettrico a pompaggio richiedono relativamente poca manutenzione e hanno costi operativi bassi rispetto ad altre forme di accumulo energetico.

Sfide e limiti

Nonostante i numerosi vantaggi, le batterie d’acqua giganti non sono prive di sfide. La costruzione di nuovi impianti richiede un significativo investimento iniziale e un’adeguata geografia, come colline o montagne, per creare i bacini d’acqua a diverse altitudini. Inoltre, la costruzione di dighe e bacini può avere impatti ambientali significativi, come la modifica degli ecosistemi locali e la gestione delle risorse idriche.

Un altro limite è che non tutti i paesi hanno il potenziale geologico o idrologico per implementare efficacemente questa tecnologia. Tuttavia, esistono approcci innovativi, come l’uso di vecchie miniere o cave per creare i bacini necessari, che possono ridurre l’impatto ambientale e i costi.

Il futuro delle batterie d’acqua giganti

Con la crescente pressione per ridurre le emissioni di gas serra e aumentare l’uso delle energie rinnovabili, l’interesse verso le batterie d’acqua giganti sta crescendo. Paesi come la Cina, gli Stati Uniti e diversi stati europei stanno investendo pesantemente nella costruzione di nuovi impianti di accumulo idroelettrico a pompaggio, o nella modernizzazione di quelli esistenti.

Innovazioni come le “batterie d’acqua in mare” (offshore pumped hydro) o le micro-centrali di accumulo idroelettrico a pompaggio, potrebbero ampliare le possibilità di utilizzo di questa tecnologia, rendendola più accessibile e riducendo gli impatti ambientali. Mentre le seconde sono una versione ridotta del sistema già descritto, vediamo le batterie d’acqua in mare più nel dettaglio.

Batterie d’acqua in mare

Questo approccio cerca di sfruttare la vasta disponibilità di spazio e l’accesso diretto all’acqua offerti dagli ambienti costieri e marini, superando alcune delle limitazioni geografiche e ambientali delle installazioni a terra. Il principio di funzionamento delle batterie d’acqua in mare è simile a quello dei sistemi di accumulo idroelettrico a pompaggio tradizionali, ma adattato al contesto marino. Il sistema prevede la costruzione di un bacino sotterraneo o sottomarino, spesso ricavato da vecchie miniere o cave marine, o strutture appositamente costruite sul fondale marino. Questo bacino fungerà da serbatoio inferiore. Il mare stesso agisce come il serbatoio superiore. Quando c’è un surplus di energia rinnovabile (ad esempio, da parchi eolici offshore), questa energia viene utilizzata per pompare l’acqua dal bacino sotterraneo al mare, immagazzinando così l’energia sotto forma di energia potenziale. Quando c’è bisogno di energia, invece l’acqua viene rilasciata dal mare al bacino sotterraneo passando attraverso delle turbine, generando elettricità che può essere reimmessa nella rete elettrica.

Conclusione

Le batterie d’acqua giganti rappresentano una delle soluzioni più promettenti per affrontare le sfide legate alla stabilità e all’affidabilità dell’energia rinnovabile. Sebbene non siano la panacea per tutti i problemi energetici, offrono un mezzo collaudato, efficiente e su larga scala per immagazzinare energia e contribuire alla transizione verso un futuro energetico più sostenibile.

Fonti

  1. How Giant Water Batteries Could Make Green Power More Reliable. Science.org. Disponibile su: Science.org.
  2. Blakers, A., et al. (2021). Pumped Hydro Storage for Renewable Energy: Design, Economics and Potential Role in a Low-Carbon Future. Renewable Energy Journal.
  3. International Hydropower Association (2020). Hydropower Status Report: Sector Trends and Insights.
  4. Deane, J. P., et al. (2017). Assessing the future of renewable energy storage in Europe: The role of pumped hydro storage. Energy Policy.