Il motivo per cui $ 2,5 trilioni non possiamo fare affidamento sulle batterie per ripulire la rete

Immagine della centrale elettrica di atterraggio del muschio Ugo | flickr

Un paio di ciminiere di 500 piedi si ergono da una centrale elettrica a gas naturale nel porto di Moss Landing, in California, gettando un drappo industriale sulla graziosa cittadina balneare.

Se le autorità di regolamentazione statali firmassero, tuttavia, potrebbe essere il sito del più grande progetto mondiale di batterie agli ioni di litio fine 2020 , aiutando a bilanciare le fluttuazioni dell'energia eolica e solare sulla rete della California.

La struttura da 300 megawatt è uno dei quattro giganteschi progetti di stoccaggio agli ioni di litio che Pacific Gas and Electric, la più grande utility della California, chiesto la California Public Utilities Commission l'approvazione a fine giugno. Collettivamente, aggiungerebbero alla rete una capacità di stoccaggio sufficiente per rifornire circa 2.700 case per un mese (o per immagazzinare circa lo 0,0009 percento dell'elettricità che lo stato utilizza ogni anno).

I progetti della California fanno parte di un numero crescente di sforzi in tutto il mondo, tra cui l'array di batterie da 100 megawatt di Tesla nell'Australia meridionale, per costruire sistemi di accumulo agli ioni di litio sempre più grandi man mano che i prezzi diminuiscono e aumenta la generazione rinnovabile. Stanno alimentando un crescente ottimismo sul fatto che queste batterie giganti consentiranno all'energia eolica e solare di sostituire una quota crescente di impianti a combustibili fossili.

Ma c'è un problema con questo scenario roseo. Queste batterie sono troppo costose e non durano abbastanza a lungo, limitando il ruolo che possono svolgere sulla rete, affermano gli esperti. Se prevediamo di fare affidamento su di loro per enormi quantità di stoccaggio man mano che più energie rinnovabili entrano online, invece di rivolgerci a un mix più ampio di fonti a basse emissioni di carbonio come il nucleare e il gas naturale con la tecnologia di cattura del carbonio, potremmo essere diretti verso una strada pericolosamente inaccessibile.

Piccole dosi

L'odierna tecnologia di accumulo della batteria funziona meglio in un ruolo limitato, come sostituto delle centrali elettriche di picco, secondo un 2016 analisi da ricercatori del MIT e dell'Argonne National Lab. Si tratta di strutture più piccole, oggi spesso alimentate a gas naturale, che possono permettersi di operare di rado, accendendosi rapidamente quando i prezzi e la domanda sono elevati.

Le batterie agli ioni di litio potrebbero competere economicamente con questi picchi di gas naturale entro i prossimi cinque anni, afferma Marco Ferrara, cofondatore di Form Energy, uno spinout del MIT che sviluppa batterie di accumulo di rete.

Il business dei picchi di gas è piuttosto vicino alla fine e gli ioni di litio sono un ottimo sostituto, dice.

Questo ruolo di punta è esattamente quello che la maggior parte dei nuovi e imminenti progetti di batterie agli ioni di litio sono progettati per ricoprire. In effetti, i progetti di stoccaggio della California potrebbero eventualmente sostituire tre impianti di gas naturale nella regione, due dei quali sono piante di picco .

Ma molto al di là di questo ruolo, le batterie incontrano problemi reali. Gli autori dello studio del 2016 hanno riscontrato rendimenti in forte diminuzione quando viene aggiunta molta batteria alla griglia. Hanno concluso che l'accoppiamento di batterie di stoccaggio con impianti rinnovabili è un debole sostituto per grandi impianti flessibili a ciclo combinato a carbone o gas naturale, del tipo che può essere sfruttato in qualsiasi momento, funzionare continuamente e variare i livelli di produzione per soddisfare la domanda mutevole in tutto il giorno.

Non solo la tecnologia agli ioni di litio è troppo costosa per questo ruolo, ma la durata limitata della batteria significa che non è adatta a colmare le lacune durante i giorni, le settimane e persino i mesi in cui la generazione di vento e solare svanisce.

Questo problema è particolarmente acuto in California, dove sia il vento che il sole cadono precipitosamente durante i mesi autunnali e invernali.

Questo porta a un problema critico: quando le energie rinnovabili raggiungono livelli elevati nella rete, sono necessari molti, molti più impianti eolici e solari per produrre abbastanza energia in eccesso durante le ore di punta per mantenere la rete in funzione durante quei lunghi cali stagionali, afferma Jesse Jenkins, un coautore dello studio e un ricercatore di sistemi energetici. Ciò, a sua volta, richiede banchi su banchi di batterie in grado di immagazzinare tutto fino a quando non è necessario.

E questo finisce per essere astronomicamente costoso.

Sognando la California

Ci sono problemi che la California non può permettersi di ignorare a lungo. Lo stato è già in pista ottenere il 50 per cento della sua elettricità da fonti pulite entro il 2020, e il legislatore è ancora una volta considerando un disegno di legge che richiederebbe di raggiungere il 100 per cento entro il 2045. A complicare le cose, le autorità di regolamentazione votato a gennaio per chiudere l'ultima centrale nucleare dello stato, una fonte priva di emissioni di carbonio che fornisce 24 per cento dell'energia di PG&E. Ciò lascerà la California fortemente dipendente dalle fonti rinnovabili per raggiungere i suoi obiettivi.

La Clean Air Task Force, un think tank sulla politica energetica con sede a Boston, ha recentemente scoperto che raggiungere l'80% di energie rinnovabili in California significherebbe enormi quantità di eccedenza di generazione durante i mesi estivi, richiedendo 9,6 milioni di megawattora di accumulo di energia. Raggiungere il 100 percento richiederebbe 36,3 milioni.

Lo stato ha attualmente 150.000 megawattora di accumulo di energia in totale. (Si tratta principalmente di stoccaggio idroelettrico pompato, con una piccola quota di batterie.)

Se le energie rinnovabili fornissero l'80% dell'elettricità della California, durante i picchi estivi verrebbero generati oltre otto milioni di megawattora di energia in eccesso. Analisi dei dati CAISO della Clean Air Task Force.

Costruire il livello di generazione e stoccaggio rinnovabile necessario per raggiungere gli obiettivi dello stato aumenterebbe i costi in modo esponenziale, da $ 49 per megawattora di generazione al 50 percento a $ 1.612 al 100 percento.

E questo presuppone che le batterie agli ioni di litio costeranno circa un terzo di quello che fanno ora.

I costi del sistema elettrico della California aumentano esponenzialmente se le energie rinnovabili generano la maggior parte dell'elettricità. Analisi dei dati CAISO della Clean Air Task Force.

Il sistema diventa completamente dominato dal costo dello storage, afferma Steve Brick, consulente senior della Clean Air Task Force. Costruisci questa enorme macchina di stoccaggio che riempi entro la metà dell'anno e poi la dissipi. È un enorme investimento di capitale che viene utilizzato molto poco.

Queste forze aumenterebbero notevolmente i costi dell'elettricità per i consumatori.

Devi fermarti e chiederti: 'C'è un modo in cui il pubblico lo sosterrebbe?', dice Brick.

Allo stesso modo, uno studio all'inizio di quest'anno in Scienze dell'energia e dell'ambiente ha scoperto che soddisfare l'80% della domanda di elettricità degli Stati Uniti con l'energia eolica e solare richiederebbe un sistema di trasmissione ad alta velocità a livello nazionale, in grado di bilanciare la generazione rinnovabile su centinaia di miglia, o 12 ore di accumulo di elettricità per l'intero sistema (vedi Basarsi sulle sole rinnovabili gonfia notevolmente il costo della revisione dell'energia).

Ai prezzi attuali, un sistema di accumulo della batteria di quelle dimensioni costerebbe più di 2,5 trilioni di dollari.

Un cartellino del prezzo spaventoso

Naturalmente, è possibile uno storage di rete più economico e migliore e ricercatori e startup stanno esplorando varie possibilità. Form Energy, che di recente finanziamento garantito da Breakthrough Energy Ventures di Bill Gates, sta cercando di sviluppare batterie a flusso di zolfo acquoso con una durata molto più lunga, a un quinto del costo in cui è probabile che le batterie agli ioni di litio atterrino.

La modellazione di Ferrara ha scoperto che una tale batteria potrebbe consentire alle energie rinnovabili di fornire il 90% del fabbisogno di elettricità per la maggior parte delle reti, a costi solo marginalmente più elevati rispetto a quelli odierni.

Ma è pericoloso fare affidamento su questo tipo di innovazioni nella batteria e, anche se Form Energy o qualche altra azienda ce la facesse, i costi aumenterebbero comunque esponenzialmente oltre la soglia del 90 percento, afferma Ferrara.

Il rischio, dice Jenkins, è di aumentare il costo della profonda decarbonizzazione nel settore energetico al punto in cui il pubblico decide che è semplicemente inaccessibile continuare verso lo zero carbon.

Aggiornamento: un grafico è stato rimosso da questa storia perché indicava in modo errato il livello di penetrazione delle rinnovabili sulla rete elettrica rappresentato sull'asse verticale.

nascondere