La batteria di sabbia della Magaldi, un accumulo termico di lunga durata made in Italy

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Il Magaldi Green Thermal Energy Storage o MGTES è un accumulo di energia termica ad alta temperatura basato su un letto di sabbia fluidizzata all’interno di un contenitore di acciaio. Una tecnologia pronta per decarbonizzare diversi tipi di industria e non solo. Come funziona e le sue caratteristiche.

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Il progresso di tutte le forme di accumuli sarà la chiave di volta per decarbonizzare il mix energetico, ma alcune in particolare avranno un ruolo determinante per la produzione e la gestione del calore nei processi industriali.

In questo ambito un esempio all’avanguardia è tutto made in Italy ed è stato realizzato nel nostro Mezzogiorno, precisamente a Buccino, in provincia di Salerno, non lontano dalla Basilicata. Si tratta del Magaldi Green Thermal Energy Storage o MGTES, che abbiamo potuto visitare lo scorso 7 ottobre nella sua versione pilota, Alpha 4.

Come dice il nome, l’impianto è realizzato dal Gruppo Magaldi, oggi presente in oltre 50 paesi con sedi operative negli Stati Uniti, Messico, Emirati Arabi, India e Australia. L’azienda, che conta 220 dipendenti, di cui il 50% ingegneri, nasce 95 anni fa, e da sempre è focalizzata sull’innovazione, tanto da avere depositato 55 brevetti internazionali, di cui dieci relativi al MGTES.

Come abbiamo spesso scritto i sistemi di accumulo termico sono tecnologie più semplici, più economiche e meno “mediatiche” di batterie e idrogeno, ma gli osservatori ritengono che il mercato mondiale potrebbe vederle triplicare in pochissimi anni (Quell’umile accumulo termico ancora così troppo trascurato).

Il sistema “power to heat” della Magaldi

Il MGTES è un sistema per l’accumulo di energia termica ad alta temperatura basato su un letto di sabbia fluidizzata all’interno di un grande contenitore di acciaio.

Possiamo definirlo un sistema power to heat: viene caricato con energia elettrica rinnovabile e rilascia energia termica ad alta temperatura su richiesta, così che possiamo anche definirlo un accumulo di lunga durata.

Può fornire energia termica tra 120-400 °C  a diversi tipi di industrie come, ad esempio, quelle del food & beverage, della carta, del tessile, della plastica e dei prodotti chimici, andando a sostituire completamente l’utilizzo di gas e diesel.

Allo stesso tempo consente di affrontare l’intermittenza delle rinnovabili, e per la rete elettrica può essere uno strumento di flessibilità e bilanciamento.

L’impianto è stato presentato presso lo stabilimento di Buccino il 7 e il 12 ottobre ad una platea internazionale di ricercatori, scienziati e rappresentanti del mondo istituzionale, industriale e imprenditoriale, convenuti in Italia anche in occasione dell’evento SolarPaces.

Nelle due giornate sono intervenuti esponenti di alcune delle principali utility e organismi internazionali specializzati in ricerca e innovazione nel settore energetico (Sandia National Labs, Breakthrough Energy, Università Federico II, Edison, LDES Council, Arthur D. Little, Cnr, Enel, Renewable Thermal Collaborative e altri).

Nel corso delle diverse presentazioni, svoltesi proprio a fianco dell’impianto sperimentale MGTES all’interno di uno dei capannoni Magaldi, è stato tracciato lo stato dell’arte e gli sviluppi delle nuove tecnologie per lo storage orientate alla decarbonizzazione industriale e per l’accumulo di lunga durata.

Si è ricordato soprattutto come circa un terzo di tutta l’energia consumata a livello globale derivi dalla domanda di calore ad uso industriale. Ma oltre il 75% del calore di processo per la fabbricazione dei prodotti in tutti i settori viene generato dai combustibili fossili.

Stiamo parlando di una domanda di calore industriale che, secondo la Iea, è destinata ad aumentare del 16% a livello globale nel periodo 2023-2028. Per questo la decarbonizzazione del comparto industriale sarà un fattore strategico dei prossimi anni, tanto da essere il tema, con le sue diverse declinazioni, di un nuovo evento, NetZero Milan Expo-Summit, che si svolgerà alla Fiera di Milano (Mico) dal 14 al 16 maggio 2025.

Come funziona l’energy storage termico MGTES

Magaldi Green Thermal Energy Storage è, come detto, una tecnologia di accumulo di energia che utilizza un letto fluidizzato di particelle solide, in particolare sabbia, così da essere detta anche “batteria di sabbia” (a destra la sabbia utilizzata).

Il sistema immagazzina energia proveniente da fonti rinnovabili e/o dalla rete elettrica, che viene poi rilasciata sotto forma di vapore ad alte temperature, tra 120 e 400 °C.

Nel caso dell’impianto pilota che abbiamo visto, lo storage è alimentato da un impianto fotovoltaico da 450 kWp, parte di un impianto di circa 2 MW installato sui tetti dei capannoni industriali del Gruppo Magaldi.

L’energia viene immagazzinata come calore sensibile, a temperature elevate e con alta densità energetica, all’interno del letto di sabbia. Può essere rilasciata sotto forma di vapore surriscaldato, o altri fluidi ad alta temperatura, da utilizzare direttamente nei processi industriali o, al limite, per alimentare una turbina a vapore per la generazione di elettricità (ma in quest’ultimo caso il processo sarà meno efficiente).

MGTES può essere collegata a qualsiasi fonte di energia elettrica per generare calore industriale 24 ore su 24, 7 giorni su 7, per qualsiasi applicazione che utilizza vapore in un intervallo di temperatura, appunto, tra 150 e 400 °C.

La tecnologia è modulare: in pratica può soddisfare le diverse esigenze dei clienti in termini di temperature, durate di accumulo e profilo di domanda.

La fase di carica, di accumulo e di rilascio dell’energia sono scalabili in modo indipendente. Variando la massa di sabbia contenuta nel singolo modulo, è possibile configurare una capacità di accumulo termico tra 5 e 100 MWh. Diversi moduli possono lavorare in serie e/o in parallelo per soddisfare la domanda di energia richiesta fino all’ordine dei GWh.

Altri ambiti di applicazione di questo storage termico sono quello della desalinizzazione, soprattutto per quanto riguarda il Medio Oriente, e il settore minerario verde in Australia e America Latina.

Alcune caratteristiche dello storage termico

Lo storage MGTES è definito dall’azienda a impatto zero, e ha effettivamente un impatto molto basso, visto che viene realizzato con materiali comuni, principalmente sabbia silicea e acciaio, entrambi 100% riciclabili.

Non contiene sostanze chimiche o terre rare né produce sostanze inquinanti. I materiali di cui è composto il sistema sono facilmente reperibili in ogni angolo del pianeta.

Per quanto concerne la sua flessibilità, MGTES genera energia che può essere fornita, oltre che a impianti industriali, anche alla rete elettrica o a centrali termoelettriche, disaccoppiando la produzione dell’energia stessa dal suo consumo.

Come sistema di accumulo ha un’ottima efficienza dell’energia immagazzinata ogni 24 ore grazie al sistema di isolamento termico brevettato. La perdita di calore è di appena 1 o 2 gradi all’ora. Abbiamo visto dal display che monitora l’impianto come già nel primo pomeriggio di un giorno con discreta radiazione, sebbene autunnale, la temperatura interna abbia superato i 500 gradi.

MGTES ha dimensioni ridotte: l’impianto può contenere 60 MWh per soli 200 metri quadrati di area.

È poi un sistema privo di rischi per la sicurezza, perché a differenza delle batterie non ha il rischio di incendi, è facile da installare e manutenere.

Una prima applicazione già nel 2025

Sulla base di accordo strategico firmato nel 2023 tra Magaldi ed Enel, la prima applicazione industriale di MGTES riguarderà la fornitura di energia termica rinnovabile all’azienda alimentare IGI, fornitore del Gruppo Ferrero, con sede proprio nell’Area di Sviluppo Industriale di Buccino.

A regime, l’intervento prevede la costruzione di un impianto fotovoltaico da 2,5 MW e di un sistema MGTES da 80 tonnellate con una capacità di stoccaggio giornaliera di 8,6 MWh di energia termica.

Il sistema, che sarà operativo 2025, contribuirà alla riduzione del consumo totale energetico di IGI fino al 20%, e contribuirà a far risparmiare fino a 600 tonnellate di CO2 all’anno.

L’impianto sarà in grado di assorbire energia non solo dall’impianto fotovoltaico, ma anche dalla rete elettrica. La possibilità di prelevare energia dalla rete consente di selezionare le ore a basso costo per il prelievo dell’energia, ottimizzando così i costi di rilascio e generazione di energia termica (arbitraggio), ma anche di offrire servizi di flessibilità verso la rete elettrica (demand response).

Tra i partner del progetto MGTES c’è anche Schneider Electric che ha supportato Magaldi con una consulenza dedicata: ha fornito soluzioni per la distribuzione elettrica in media tensione (quadri MT connessi SM6), componenti e sistemi di controllo di automazione e il software di supervisione dell’impianto Plant SCADA. L’integrazione di hardware e software di nuova generazione per l’automazione e l’energia – appartenenti alla piattaforma EcoStruxure – permette a Magaldi di avere un controllo in tempo reale dei flussi energetici e di ottimizzare l’uso delle risorse energetiche stesse.

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