Tecnologie per l'accumulo energetico di lungo periodo: studio comparativo e potenziali applicazioni

The intermittent nature of renewable energy sources creates the need for storage systems capable of storing energy during periods of maximum production, and then releasing it back into the grid when demand is high. The aim of this work is to compare various energy storage technologies, identifying which of them are the most promising for seasonal storage. The analysis also included short-term storage systems, which are equally important. The various storage systems were analyzed from multiple perspectives, starting with their operating principles and then comparing them based on parameters such as performance, efficiency, costs, versatility, and their connection to the territory. The work was conducted based on selected data, considering areas of interest both in academic research and industrial applications, and drawn from a comprehensive review of the scientific literature cited in the bibliography. In light of the results obtained, it was concluded that the most suitable systems for seasonal storage are pumped-storage plants, due to reasons related to technological maturity, good efficiencies (even exceeding 80%), and large storage capacities (on the order of thousands of MWh). Conventional battery systems, on the other hand, have proven to be the most suitable for short-term storage, due to their very rapid response times (on the order of milliseconds) and very high power densities (~ 105 W/L). Additionally, they also show a good degree of technological maturity. Further applications of various storage systems, mainly in the short term, were also presented, demonstrating how these systems can provide a significant contribution to managing an electricity grid primarily powered by renewable sources.

La natura intermittente delle fonti rinnovabili genera la necessità di utilizzare dei sistemi di accumulo, capaci di immagazzinare l'energia nei momenti di massima produzione, per poi immetterla nuovamente in rete quando la sua richiesta è alta. L'obiettivo del presente lavoro è quello di confrontare le varie tecnologie che permettono di accumulare energia, individuando quali di queste siano le più promettenti per l'accumulo stagionale. L'analisi ha poi coinvolto anche gli accumuli short term, anch'essi importanti. Sono stati quindi analizzati, da più punti di vista, i vari sistemi di accumulo, trattandone in primo luogo i principi di funzionamento e, successivamente, confrontandoli sulla base di parametri come le prestazioni, l'efficienza, i costi, la versatilità e il legame con il territorio. Il lavoro è stato condotto sulla base di dati selezionati tenendo conto degli ambiti di interesse sia nella ricerca accademica, sia nelle applicazioni industriali, derivanti dalla revisione completa della letteratura scientifica riportata in bibliografia. Alla luce dei risultati ottenuti, si è giunti alla conclusione che i sistemi più adatti per l'accumulo stagionale risultano essere gli impianti a pompaggio, per motivi legati alla maturità tecnologica, alle buone efficienze (anche oltre l'80%) e per le grandi capacità accumulabili (dell'ordine delle migliaia di MWh). Gli impianti a batterie convenzionali si sono invece dimostrati come i più adatti agli accumuli short term, in virtù dei tempi di risposta molto rapidi (dell'ordine dei millisecondi) e delle densità di potenza molto elevate (∼ 105 W/L). Inoltre, anch'essi presentano un buon grado di maturità tecnologica. Sono state poi presentate ulteriori applicazioni dei vari sistemi di accumulo, principalmente sul breve termine, dimostrando come questi possano fornire un consistente contributo nella gestione di una rete elettrica alimentata principalmente da fonti rinnovabili.