Gli accumuli saranno un elemento fondamentale dei sistemi energetici futuri. Questo è certo, dato che consentono di superare l’intermittenza giornaliera e stagionale di solare ed eolico. Ma ultimamente ci si sta forse concentrando un po’ troppo sulle batterie, che sono sicuramente una tecnologia promettente, ma che risolve solo un aspetto del problema, quello degli accumuli di media durata, di ore o giorni.
«Come molti sanno – spiega a QualEnergia.it l’ingegnere Stefano Carabelli del Politecnico di Torino – servono anche tecnologie per gli accumuli di lunga o lunghissima durata, di giorni o mesi, come, per esempio, il pompaggio idroelettrico o la produzione di idrogeno. Molto meno noto è però il fatto che bisognerà ideare tecnologie anche per accumuli brevissimi, di secondi o minuti, in quanto le rinnovabili intermittenti, tendono a creare picchi e carenze di produzione che sfasano la rete o creano disturbi agli impianti delle imprese che le usano per l’autoproduzione».
In questa estremità della gamma di accumuli dominano i volani, un sistema di accumulo cinetico di energia, in cui una massa cilindrica viene fatta ruotare a velocità altissime da un motore elettrico che assorbe così gli eccessi di produzione. L’energia accumulata dalla massa ruotante può poi venire estratta utilizzando lo stesso motore in funzione di generatore elettrico. Tutta la parte in movimento è priva di attriti, essendo tenuta sottovuoto e sospesa magneticamente. Ciò garantisce un altissimo rendimento e una durata di almeno molti decenni.
«Oltre a semplicità e durata – continua Carabelli – i volani hanno altri vantaggi. Possono istantaneamente entrare in funzione, sia in assorbimento che in produzione, non risentendo affatto, al contrario delle batterie, di continui stop and go, e hanno un rapporto molto alto fra potenza e capacità, l’esatto contrario delle comuni batterie». In altre parole, mentre una normale batteria da 1 kWh deve essere scaricata lentamente per non danneggiarla, ottenendo per esempio una potenza massima di un kW per un’ora, un volano da 1 kWh può anche essere scaricato in pochi secondi, ottenendo così una potenza di decine di kW.
«E questo è esattamente quello che abbiamo realizzato con una nostra startup – conclude il docente del Politecnico – un volano da 1 kWh di accumulo, con una potenza di picco di 40-50 kW, assicurata da un massa di 20 kg che ruota a 60.000 giri al minuto. Il sistema è modulare e si può scalare verso l’alto, fino alla potenza richiesta. Contiamo di testare il nostro primo modello in una scuola in Trentino, dove servirà ad assorbire gli sbalzi prodotti dai pannelli fotovoltaici sul tetto dell’edificio durante la giornata, per esempio quando le nuvole passano davanti al Sole, massimizzando l’autoconsumo dell’energia solare».
Ma mentre Carabelli e colleghi preparavano il loro prototipo per un test nel 2015, qualcuno li ha preceduti, arrivando direttamente a una applicazione commerciale. Ci ha pensato la società di sistemi energetici Albasystem, di Alba in Piemonte, che ha avuto l’idea di usare per la prima volta in Italia un volano come integrazione di diverse fonti energetiche in un’industria interessata a massimizzare la propria autoproduzione e a migliorare la qualità dell’elettricità.
«Lo abbiamo fatto – ci spiega Massimo Marengo, AD di Albasystem – per risolvere i problemi della Gai SpA, azienda leader mondiale delle macchine per imbottigliamento. L’azienda funziona a ciclo continuo, ha forti consumi elettrici per i suoi processi produttivi e necessita di calore e freddo per la climatizzazione degli edifici, alcuni a temperatura controllata. Aveva installato un impianto fotovoltaico da 1 MW sul tetto e uno di trigenerazione a metano da 700 kW. Ma aveva registrato numerosi problemi per la bassa qualità della fornitura elettrica con frequenti mini e micro interruzioni, che provocavano sfasamenti e sbalzi di corrente, bloccando i delicati macchinari a controllo numerico. La cosa era particolarmente grave quando avveniva nei fine settimana, facendo perdere intere giornate di produzione. La mancanza di coordinamento fra le fonti, poi, portava anche a sprecare molta energia o a cederla a basso costo alla rete».
Albasystem ha così deciso di risolvere il problema, riprogettando tutto il sistema energetico della Gai. «Abbiamo aggiunto un secondo impianto di cogenerazione ad alto rendimento a metano e un grande volano di fabbricazione tedesca, in grado di fare da cuscinetto fra le varie fonti. Il sistema è ora in grado di fornire tutta l’elettricità, il caldo e il freddo consumato dalla fabbrica che ha comunque mantenuto, per ragioni di sicurezza, anche il collegamento alla rete elettrica. Grazie a un nostro software adesso il volano si occupa di assorbire la produzione delle varie fonti, fornendo fino a 1,5 MW di potenza in uscita di elettricità filtrata e stabilizzata, perfettamente lineare, senza disturbi e distorsioni armoniche, evitando così il blocco delle macchine. L’intermediazione del volano, che può fornire da solo fino a 21 secondi di massima potenza, permette al nostro software di decidere quale combinazione di fonti, fra cogeneratori, caldaie, solare ed elettricità di rete, sia la più adatta e conveniente per le esigenze elettriche e termiche del momento».
Il sistema, impostando gradi di sicurezza diversa, può funzionare in autonomia più o meno spinta, assicurando comunque la continuità di funzionamento in caso di blackout di rete. «Per questo genere di impiego – aggiunge Marengo – il volano è unico per velocità di risposta, altissima potenza e capacità di assorbire e contemporaneamente cedere energia, grazie all’uso di due masse rotanti autonome. Fare la stessa cosa con delle batterie, considerando la loro vita più breve e la maggiore manutenzione, sarebbe costato molto di più».
L’uso innovativo ideato ad Alba, ha stupito gli stessi produttori del volano, che fino a quel momento lo avevano proposto solo per il backup di emergenza. «E in effetti – conclude Marengo – i risultati ottenuti nei primi sei mesi sono eccezionali, con un crollo verticale delle bollette elettriche e un autoconsumo quasi integrale sia dell’energia solare che da cogenerazione. Considerando i risparmi di energia e quelli derivati dalla fine dei fermi macchina, la spesa del nostro intervento sarà recuperata in circa 5 anni, il che ci incoraggia adesso ad adattare il nostro sistema a scale diverse, per soddisfare le esigenze di chiunque intenda ottimizzare la propria autoproduzione di energia».
