Quanto devono costare le batterie perché le rinnovabili possano competere con i combustibili fossili?

Quanto devono costare le batterie perché le rinnovabili possano competere con i combustibili fossili?

Autore: Edd Gent

Mentre l'energia solare ed eolica stanno rapidamente diventando competitive in termini di costi con i combustibili fossili nelle areecon molto sole e vento, non possonoancora fornire l'energia 24/7 a cui siamo abituati. Al momento, questo non è un grosso problema perché la rete è ancora ricca di impianti a combustibili fossili che possono fornire un carico di base costante o aumentare per soddisfare le impennate della domanda.

Ma c'è un ampio consenso sul fatto che dobbiamo decarbonizzare drasticamente le nostre forniture energetiche se vogliamo evitare danni irreversibili al clima. Questo significherà sbarazzarsi della maggior parte delle centrali elettriche a richiesta e ad alta intensità di carbonio su cui attualmente facciamo affidamento per gestire la nostra rete.

Le alternative includono l'espansione dell'infrastruttura di trasmissione per trasferire l'energia dalle zone in cui soffia il vento a quelle in cui non soffia, o la gestione della domanda usando incentivi finanziari per indurre le persone a usare meno energia nelle ore di punta. Ma la cosa più promettente è l'accoppiamento dell'energia rinnovabile con l'immagazzinamento dell'energia per costruire riserve per quando il sole smette di brillare.

L'approccio è meno complicato che cercare di ridisegnare la griglia, dicono gli autori di un nuovodocumento in <emJoule, ma rende anche possibile spostare molto più potere intorno alla gestione della domanda. Una questione chiave che non è stata trattata in modo esaustivo, però, è quanto a buon mercato deve diventare l'immagazzinamento di energia per rendere questo fattibile.

Gli studi hanno esaminato i costi dello stoccaggio per rendere l'arbitraggio dell'energia rinnovabile (usando le rinnovabili per caricare lo stoccaggio quando i prezzi dell'elettricità sono bassi e poi rivenderlo quando la domanda e i prezzi sono più alti) competitivo nella rete attuale. Ma nessuno ha valutato quanto debba essere economico per mantenere una rete alimentata prevalentemente da energie rinnovabili.

Poco si sapeva su quali costi sarebbero stati effettivamente competitivi e come questi costi si confrontano con le tecnologie di stoccaggio attualmente in fase di sviluppo", ha detto l'autore senior Jessika Trancik, professore associato di studi energetici presso il Massachusetts Institute of Technology,in un comunicato stampa. "Così, abbiamo deciso di affrontare questo problema a testa alta".

I ricercatori hanno deciso di studiare le due principali forme di energia rinnovabile, solare ed eolica. Hanno esaminato come un mix dei due combinato con la tecnologia di stoccaggio potrebbe essere usato per soddisfare una varietà di ruoli sulla rete, tra cui fornire il carico di base, soddisfare i picchi di domanda nelle ore di punta, e variare gradualmente la produzione per soddisfare la domanda fluttuante.

A differenza degli studi precedenti che generalmente indagano solo su scale temporali di pochi anni, hanno esaminato ciò che sarebbe necessario per soddisfare in modo affidabile la domanda per 20 anni in 4 località con diverse risorse eoliche e solari: Arizona, Iowa, Massachusetts e Texas.

Hanno scoperto che fornire energia di carico di base a un prezzo paragonabile a quello di una centrale nucleare richiederebbe che i costi della capacità di stoccaggio dell'energia scendano sotto i 20 dollari per chilowattora (kWh). Per eguagliare una centrale a gas progettata per soddisfare i picchi di potenza, i costi dovrebbero scendere a 5 dollari/kWh.

Questo è un obiettivo scoraggiante. Ci sono alcune tecnologie di immagazzinamento che possono mantenere i costi al di sotto dei 20 dollari/kWh, come usare l'eccesso di energia per pompare l'acqua fino alla cima di una diga idroelettrica o comprimere l'aria che può poi essere usata per far funzionare una turbina. Ma entrambi occupano molto spazio e richiedono caratteristiche geografiche specifiche, come montagne o caverne sotterranee, che li rendono difficili da applicare su vasta scala.

Nonostante la rapida riduzione dei costi, l'attuale tecnologia leader delle batterie - gli ioni di litio - è appena scesa sotto i 200 dollari/kWh, suggerendo che le batterie convenzionali sono ancora lontane dall'essere in grado di soddisfare questa domanda. Tecnologie alternative come lebatterie a flusso potrebbero potenzialmente soddisfare le richieste di costo nel medio termine, dicono gli autori, ma sono ancora in gran parte sperimentali.

Tuttavia, i ricercatori hanno anche studiato le implicazioni di permettere alle energie rinnovabili di non riuscire a soddisfare la domanda solo per il 5% del tempo nel corso dei 20 anni, con altre tecnologie che riempiono il vuoto. In questo scenario, le energie rinnovabili più lo stoccaggio potrebbero eguagliare il rapporto costo-efficacia del carico di base nucleare a soli 150 dollari/kWh, ben entro la portata a breve termine della tecnologia agli ioni di litio, che si prevede possa raggiungere i 100 dollari/kWh a metà del prossimo decennio.

Restano dubbi sul fatto che le catene di fornitura di ioni di litio, già sottoposte a restrizioni, possano far fronte alla domanda necessaria per sostenere un'intera rete nazionale. Gli autori ammettono anche che la loro analisi non considera il costo di soddisfare il restante cinque per cento della domanda con altri mezzi.

Nel complesso, l'analisi suggerisce che una rete costruita principalmente intorno alle energie rinnovabili e allo stoccaggio di energia potrebbe avvicinarsi al costo delle tecnologie convenzionali nel medio termine. Ma, a meno di sviluppi tecnologici sorprendenti, è probabile che ci sia ancora un divario significativo nel rapporto costo-efficacia che potrebbe rallentare l'adozione.

Questo divario potrebbe essere annullato dal prezzo del cambiamento climatico incontrollato, però. Tenendo conto di questo, le energie rinnovabili combinate con l'immagazzinamento dell'energia potrebbero fornire una via praticabile per una rete sostenibile.

Autore: EddGent

Immagine di credito: Fishman64/ Shutterstock.com

Questo articolo è ripubblicato sotto la licenza Creative Commons CC BY-ND 4.0 ed èoriginariamente apparso su Singularity Hub, una pubblicazione della SingularityUniversity.