Ma l’assunzione maggiore, in tutto ciò, è considerare che le batterie al litio possano stoccare elettricità per settimane/mesi senza effetti collaterali. Per capire dove stia il problema, si devono menzionare due aspetti:
- Self-discharge;
- Degradazione ad alti livelli di carica.
Stoccare elettricità in una batteria, come tutto, non ha un’efficienza del 100%. Ma, soprattutto, una parte dell’energia si perde nel tempo (self-discharge), e nel caso delle batterie questo sarebbe sufficiente a metterle fuori gioco per lo stoccaggio stagionale. Inoltre, le batterie a ioni litio non si mantengono particolarmente bene ad alti livelli di carica, perché questi portano ad un aumento delle reazioni (elettro)chimiche collaterali ed indesiderate che degradano la batteria. In altre parole: mantenere alti livelli di carica per settimane/mesi farebbe crollare il tempo di vita delle batterie a ioni litio (se si parla di batterie molto diverse, come le redox-flow, le cose possono cambiare – ma di questo parleremo una prossima volta).
Questi scenari sono chiaramente estremamente semplicistici e, ovviamente, dovremmo stoccare sola una parte dell’energia necessaria per le nostre attività, non la totalità. Ma qui sta la chiave: lo stoccaggio di energia è caro, e diventa sempre più caro all’aumentare del tempo per cui è necessario stoccare questa energia. Di conseguenza, dobbiamo cercare di minimizzarne la necessità, e non vedere lo stoccaggio come la soluzione che ci libererà da tutti i mali.
Inciso: Reti elettriche più vaste e maggiore flessibilità dal lato dell’offerta servono proprio a questo, ma anche in queste condizioni avremo bisogno di molti sistemi di stoccaggio per raggiungere shares molto elevati (> 50-60%) di solare + eolico.
Ma adesso guardiamo ad un modello più complicato/rappresentativo rispetto a quello discusso sopra, cercando di capire quali tecnologie di stoccaggio hanno più senso per quali applicazioni, e cosa questo implichi a livello di costi (https://www.storage-lab.com/levelized-cost-of-storage).
Ad oggi, la tecnologia di stoccaggio dominante rimane l’idrico, ed in particolare il pumped hydro (PHES), ovvero 2 bacini a diversa altitudine dove si pompa acqua dal bacino più basso a quello più alto per stoccare energia, e vice versa per usarla. I principali svantaggi sono che necessita di siti adatti per poterlo implementare (quindi siamo limitati dalla geografia) e che può avere un impatto notevole sulla biodiversità locale.
Lo stoccaggio di aria compressa (CAES), per esempio sottoterra, è anch’esso competitivo per stoccaggio stagionale ma, come per il caso del pompaggio idrico, anche il CAES dipende dalla “geografia”: o hai dei siti adatti, o non li hai.
Le batterie a ioni litio stanno invece rapidamente diventando sempre più competitive per stoccaggio a breve-media durata. Per stoccaggio di più lunga durata, l’idrogeno potrebbe diventare sempre più importante, ma qui ci sono molti ma, tra cui:
- C’è idrogeno e idrogeno (grigio, blu, verde, viola – il colore dipende dal tipo di energia usata per produrlo, anche se in realtà quel che conta veramente sono le emissioni associate);
- L’idrogeno pulito (verde, viola, forse blu) è ancora oggi ad una scala minuscola (1% della produzione odierna) e lo scale-up porta delle incognite non da poco;
- L’idrogeno ha diverse sfide fisico chimiche (densità energetica bassa, difficoltà di stoccaggio e trasporto).
In generale, ho l’impressione che l’idrogeno stia diventando il nostro nuovo (in realtà anche vecchio, sotto certi aspetti) “proiettile d’argento” della transizione, ma dubito fortemente che lo sarà (ha il potenziale per avere un ruolo importante, ma ha anche limiti non da poco – ma riparleremo di H2 in un thread dedicato).
Ma competitivo non vuol dire economico. Anche ai livelli di prezzo del 2040 (https://doi.org/10.1016/j.joule.2018.12.008) se anche solo l’1% dei nostri fabbisogni elettrici fosse soddisfatto dallo stoccaggio stagionale solamente questo farebbe aumentare il costo medio dell’elettricità (per l’intero anno) da 50 a 70 $/MWh – ovvero un bel +40% (valore da prendere con precauzione visto che si parla di previsioni di costo da qui al 2040, ma dà una buona idea di quanto lo stoccaggio stagionale possa essere oneroso, dato che il costo delle infrastrutture/tecnologie necessarie è spalmato su pochissimi utilizzi).
Questo diventa particolarmente problematico quando si considerano altri 2 fattori:
- La necessità (ed il valore) dello stoccaggio aumenta tanto più è sbilanciata la produzione tra solare ed eolico (che possono, in parte, compensarsi a vicenda), e soprattutto con “eccessi” di solare (e.g., doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.115390).
- A livello mondiale, buona parte della capacità aggiunta nei prossimi anni sarà solare (terza immagine del thread).
Guardando al caso Italia, noi abbiamo tanto sole ma non così tanto vento (una cosa che ci potrebbe aiutare qui è l’offshore wind galleggiante) - il che potrebbe causare la necessità di tantissimo stoccaggio (e quindi costi molto alti).