Le fonti di energia rinnovabile sono una risorsa tecnologica fondamentale, per la produzione di energia elettrica green.
Con la politica energetica basata sulla de-carbonizzazione, attraverso la road-map del Green New Deal per raggiungere entro il 2050 la neutralità climatica, l’integrazione delle fonti energetiche rinnovabili è indispensabile nel mix energetico globale.
Le fonti rinnovabili, oltre ai vantaggi offerti dalla produzione energetica con emissioni inquinanti nulle, sono soggette ad aleatorietà determinata dalle condizioni meteorologiche.
Con un andamento discontinuo nella produzione di energia elettrica, le fonti rinnovabili sono spesso inadatte a soddisfare i picchi di assorbimento energetico.
I sistemi di storage assumono un ruolo fondamentale per stoccare l’energia elettrica prodotta dalle fonti rinnovabili durante le ore di massima produzione.
Utilizzando le batterie agli Ioni di Litio, i sistemi di storage elettrochimico possono stoccare l’energia elettrica durante le ore con elevata produzione e basso assorbimento, per immetterla nella rete elettrica quando il fabbisogno energetico è superiore alla produzione.
Per superare i limiti imposti dai sistemi di storage elettro-chimici, dovuti al costo elevato del Litio e all’impatto ambientale procurato dallo smaltimento degli accumulatori esauriti, i sistemi di accumulo geo-termico sono una risorsa efficiente.
La società statunitense Sage Geosystems, attraverso il sistema Earth Store, realizza pozzi geotermici verticali, che permettono lo stoccaggio dell’energia elettrica prodotta con fonti rinnovabili.
Attraverso pompe ad alta pressione, alimentate con l’energia elettrica prodotta da impianti fotovoltaici o da parchi eolici, s’iniettano elevate quantità di acqua ad alta pressione nei pozzi geotermici.
Il sistema, brevettato dalla società statunitense, permette la conversione dell’energia elettrica in energia meccanica stoccata all’interno dei pozzi geotermici.
Nelle ore in cui il fabbisogno energetico supera la produzione, attraverso l’apertura dei pozzi e convogliando il fluido di lavoro ad alta pressione nelle turbine, l’energia meccanica sarà riconvertita in energia elettrica.
Stoccaggio dell’energia con la tecnologia Earth Store:
Attraverso la tecnologia Earth Store, brevettata dalla società statunitense Sage Geosystems, l’energia elettrica può essere convertita in energia meccanica e stoccata nei pozzi geotermici.
Per lo stoccaggio energetico è necessario realizzare un pozzo verticale, con profondità tale da raggiungere le rocce sotterranee con temperatura compresa tra i centocinquanta e i duecentocinquanta gradi centigradi.
Quando le fonti rinnovabili garantiscono una produzione di energia elettrica superiore al fabbisogno, l’energia in eccesso è utilizzata per alimentare le pompe ad alta pressione che iniettano l’acqua nei pozzi geotermici.
Con il lavoro effettuato dalle pompe ad alta pressione, l’energia elettrica prodotta dalle fonti rinnovabili è convertita in energia meccanica e stoccata nel sottosuolo.
Economica, abbondante e con proprietà termodinamiche note, l’acqua è il fluido di lavoro più efficiente per lo stoccaggio dell’energia elettrica nei pozzi geotermici.
Quando il fluido di lavoro è iniettato ad alta pressione nel sottosuolo, apre delle fessure tra le cavità delle rocce sotterranee.
Il gradiente di temperatura, presente tra le rocce e l’acqua iniettata, permette di riscaldare il fluido di lavoro aumentandone l’energia potenziale.
Raggiunto il limite di stoccaggio, il pozzo geotermico deve essere chiuso per impedire la fuoriuscita dell’acqua iniettata.
Quando il fabbisogno energetico è superiore alla produzione, il pozzo geotermico può essere aperto e utilizzato per la produzione di energia elettrica necessaria per soddisfare i consumi energetici.
Attraverso opportune pipe-line, che collegano il pozzo geotermico con la centrale elettrica, l’acqua ad alta pressione è convogliata nelle turbine, meccanicamente collegate ai generatori elettrici, per la produzione di elettricità.
La rotazione delle turbine e dei generatori, attraverso l’espansione del fluido di lavoro, permette di convertire l’energia cinetica dell’acqua in energia elettrica.
Batterie geotermiche, efficienza e basso impatto ambientale:
La società statunitense Sage Geosystems, attraverso il progetto pilota sviluppato in Texas, ha testato l’efficienza del sistema di accumulo geotermico.
I test condotti sulle batterie geotermiche, realizzate attraverso i pozzi verticali, hanno permesso di ottenere risultati molto soddisfacenti.
Simulando due distinte condizioni operative dei pozzi geotermici, è stato possibile testare il funzionamento e l’efficienza delle batterie.
Attraverso la fuoriuscita graduale dell’acqua, ad alta pressione stoccata nei pozzi geotermici, è stato possibile generare duecento chilo-Watt di potenza elettrica per diciotto ore.
Con la scarica veloce della batteria geotermica, realizzata attraverso la fuoriuscita rapida dell’acqua ad alta pressione stoccata nel pozzo geotermico, è stato possibile produrre un Mega-Watt di potenza elettrica per circa trenta minuti.
Dal test condotto con la scarica lenta della batteria geotermica, è stato possibile testare l’efficienza del sistema nella produzione di energia elettrica per lunghi periodi.
La seconda fase del test, realizzata attraverso la scarica rapida del pozzo geotermico, ha permesso di valutare la capacità della batteria geotermica di soddisfare i picchi di assorbimento energetico.
Costi competitivi e flessibilità di stoccaggio:
Con un’efficienza compresa tra l’ottantotto e il novantaquattro percento, la tecnologia Earth Store permette di realizzare batterie geotermiche competitive con i sistemi di storage elettrochimici.
Attraverso l’utilizzo delle turbine Peltron, caratterizzate da elevato rendimento meccanico, con ogni pozzo geotermico è possibile produrre tra i due e i tre mega-Watt di potenza elettrica.
Rispetto ai sistemi di storage elettrochimici con batterie agli ioni di Litio, caratterizzati dal costo elevato del Litio e da processi di smaltimento degli accumulatori esausti caratterizzati da elevato impatto ambientale, i sistemi di storage geotermici hanno costi di gestione molto competitivi.
La tecnologia Earth Store, per lo stoccaggio geotermico dell’energia elettrica prodotta con le fonti rinnovabili, consente di utilizzare anche pozzi di petrolio e gas esauriti.
Gianni Truini
