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L’inevitabile sfasamento tra disponibilità di energia, soprattutto quando si ricorre ad alcune fonti rinnovabili, e domanda da parte delle utenze rende spesso necessario l’inserimento di un accumulo negli impianti tecnologici.
Se la questione è ormai nota nel comparto elettrico, con una notevole crescita dei sistemi fotovoltaici accoppiati a un parco batterie, il tema è, in realtà, estremamente interessante e promettente anche nel campo della produzione e dell’utilizzo di energia termica, cioè di calore.
Accumuli per l’efficienza
Si pensi, ad esempio, a un impianto solare termico di qualunque dimensione: per non “buttare via” un output di calore prodotto in presenza di sole, ma in assenza di fabbisogno termico, la presenza di uno stoccaggio, solitamente in forma di serbatoio di acqua calda, è una scelta intelligente per incrementare la resa complessiva del sistema e, quindi, la sua redditività.
Se ciò è vero anche per un singolo impianto residenziale, la centralità del tema degli accumuli è ancora più evidente in sistemi di taglia più grande inseriti in realtà impiantistiche di maggiore complessità.
Un caso tipico è quello di impianti solari termici a servizio di una linea produttiva di un’industria, dove la richiesta di calore potrebbe essere molto altalenante, con fermi in alcune ore della giornata e/o nel fine settimana.
Un altro esempio è quello dell’integrazione nelle reti di teleriscaldamento, dove l’accumulo può essere impiegato anche in una logica di sector coupling, ad esempio per assorbire energia elettrica dalla rete in caso di eccessiva disponibilità e, quindi, fornire servizi ancillari di flessibilità alla rete stessa.
Sempre nel teleriscaldamento sono ormai numerosi gli esempi di reti dove sono stati integrati sistemi di accumulo con orizzonte stagionale, che permettono di impiegare durante la stagione di riscaldamento un surplus di energia termica generato nella stagione estiva.
Stoccare calore a New York
Un progetto di riferimento per il mondo degli accumuli di media e grande taglia viene da oltreoceano, dove la New York Power Authority (NYPA) ha collaborato con il fornitore di tecnologia Brenmiller Energy per implementare un accumulo di energia termica (solitamente indicato con la sigla inglese di TES, Thermal Energy Storage) al Purchase College della Grande Mela (nella foto l’unità di stoccaggio).
Il progetto, completato nel 2023, ha richiesto un budget complessivo da 2,5 milioni di dollari, prevedendo la realizzazione di un’unità TES Brenmiller bGen™ come componente di un impianto di cogenerazione.
Il sistema, in fase di test e valutazione da parte di un ente terzo indipendente, è stato progettato per soddisfare quasi il 100% del fabbisogno di riscaldamento dell’edificio di educazione fisica dell’istituto, aumentando al contempo l’efficienza energetica, riducendo i costi operativi e diminuendo le emissioni.
Il fornitore di tecnologia, inoltre, ha realizzato questa tipologia di impianto perché possa servire anche come un caso di successo per l’utilizzo della tecnologia TES nelle istituzioni scolastiche e in altre strutture di media e grande dimensione, aprendo così la strada a un’adozione diffusa di questa soluzione.
CHP e TES: due sigle per un unico scopo
L’edificio servito dall’impianto copre una superficie di quasi 11.000 metri quadrati e ospita anche una palestra e una piscina, fungendo sia da centro sportivo sia da rifugio di emergenza.
Si tratta di una struttura per lungo tempo alimentata da un circuito di teleriscaldamento obsoleto collegato a un impianto centrale, che ha poi mostrato palesi problemi di invecchiamento dell’infrastruttura, con conseguente aumento dei costi operativi per funzioni essenziali come il riscaldamento degli ambienti, dell’acqua calda sanitaria e della piscina portando alla decisione dell’istituto di decentralizzare il sistema energetico dell’edificio.
La soluzione, prima proposta e poi effettivamente realizzata, ha previsto l’abbinamento di una microturbina Capstone CHP e di una unità TES con potenza termica di 450 kW.
Questo sistema gestisce le diverse richieste energetiche dell’edificio, trasferendo direttamente il calore di scarto della microturbina all’edificio durante le ore diurne ad alta domanda, mentre conserva il calore in eccesso nell’unità TES durante i periodi di bassa domanda, tipicamente di notte, per utilizzarlo successivamente.
L’unità TES include anche resistenze elettriche interne per integrare il riscaldamento durante i picchi o i periodi di freddo prolungato e assicurare così che il sistema sia in grado di soddisfare le esigenze termiche dell’edificio anche quando queste superano il calore di scarto dell’unità CHP.
Questa flessibilità ottimizza i costi di riscaldamento riducendo la dipendenza dall’energia di rete acquistata nei periodi di alta domanda.
100% di copertura
Il sistema così concepito è in grado di soddisfare quasi il 100% del fabbisogno di riscaldamento dell’edificio di educazione fisica del Purchase College con un’elevata efficienza, catturando, immagazzinando e scaricando il calore di scarto dell’unità microturbina CHP che altrimenti andrebbe sprecato.
Sostituendo il collegamento dell’edificio al circuito di teleriscaldamento centralizzato del College con un sistema di riscaldamento decentralizzato, il progetto aumenta considerevolmente l’efficienza energetica dell’edificio e fornisca un risparmio significativo sui costi energetici annuali e sulle emissioni. L’impianto, infatti, dovrebbe evitare l’emissione in atmosfera di circa 550 tonnellate di CO2 ogni anno.
L’iniziativa è in linea con l’obiettivo dello Stato di New York che prevede una riduzione dell’85% delle emissioni di gas serra rispetto ai livelli del 1990 entro il 2050 e un aumento della capacità di stoccaggio dell’energia a 6 GW entro il 2030.
