Lascia che la gravità immagazzini l'energia

Jun 25, 2023

Gravity Power LLC, una startup con sede a Santa Barbara, in California, ha sviluppato una tecnologia di accumulo di energia a basso costo, ad avvio rapido e a risposta dinamica rapida che compete con le classiche turbine idroelettriche e a gas con accumulo di pompaggio per la generazione di energia di picco e di servizio intermedio. Il sistema è semplice, ma il suo potenziale è profondo.

Gran parte delle apparecchiature di generazione di energia attualmente installate riguardano l’energia rinnovabile (prevalentemente eolica e solare) o i cicli combinati alimentati a gas che sfruttano i prezzi storicamente bassi del gas naturale. Tuttavia, molti di questi impianti alimentati a gas sono stati costruiti con uno scopo aggiuntivo: fungere da fonte di elettricità a reazione rapida in grado di sostituire la generazione rinnovabile quando il vento smette di soffiare o il sole non splende. Una scelta tecnologica migliore per “inseguire” l’energia eolica e solare è lo stoccaggio di energia elettrica in grandi quantità.

Le complicazioni legate alla pianificazione del sistema e al funzionamento della rete poste dalle energie rinnovabili sono state discusse approfonditamente in un precedente articolo (“Lo stoccaggio di energia consente la generazione just-in-time”, aprile 2011, disponibile su powermag.com). Il tema chiave di quell’articolo era che lo stoccaggio dell’energia su larga scala deve essere commercializzato prima che l’elettricità rinnovabile possa raggiungere il suo pieno potenziale.

Oggi, la maggior parte dei grandi progetti di stoccaggio dell’energia sembrano essere poco più di un container pieno di decine di migliaia di piccole batterie. Il valore dello stoccaggio dell’energia si realizza realmente con sistemi su scala industriale in grado di “spostare” l’energia eolica prodotta principalmente durante le ore non di punta verso le ore di punta, quando il valore dell’energia è significativamente maggiore. Il valore è altrettanto importante per i sistemi solari fotovoltaici che ciclano selvaggiamente quando le nuvole passano sopra di loro.

Nell’articolo precedente sono state discusse diverse tecnologie di stoccaggio dell’energia su larga scala nella loro fase iniziale di sviluppo. Gravity Power LLC è stata identificata come un'azienda che si è distinta dalle altre, principalmente perché la sua tecnologia abbraccia pienamente il principio KISS (Google it) e dovrebbe essere implementabile a breve termine. In effetti, il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti ha esaminato la tecnologia e non è stato in grado di finanziare il lavoro di sviluppo perché non erano necessari ricerca e sviluppo.

Nel tempo necessario per leggere questo articolo, anche i non esperti di tecnologia capiranno intuitivamente come funziona il sistema e ne apprezzeranno la semplicità.

Secondo Tom Mason, CEO di Gravity Power, il concetto di design definitivo ha preso forma nel 2008, seguito immediatamente dal primo round di finanziamenti dell'azienda all'inizio del 2009 da parte di The Quercus Trust, seguito da una serie di altri piccoli investimenti. La società sta attualmente lanciando un round di serie B per finanziare la progettazione finale e il collaudo del sistema. Il primo brevetto di Gravity Power che copre la sua tecnologia è stato rilasciato dall'Ufficio Brevetti degli Stati Uniti nel maggio 2012 e altri brevetti globali sono in attesa di approvazione.

Il Gravity Power Module (GPM) è una macchina semplice (Figura 1). Il cuore del sistema è una turbina-pompa reversibile e un motore-generatore, molto simili a quelli utilizzati nei tradizionali sistemi idroelettrici di stoccaggio con pompaggio (PSH) per 70 o più anni. A 40 metri (m) sotto terra si trova la parte superiore di un “circuito idrico” sotterraneo dove si trova la turbina-pompa. Il circuito è costituito da due pozzi verticali sigillati riempiti d'acqua. Il primo è un albero forato verticalmente di grande diametro chiamato “albero di potenza”. Il più piccolo è il pozzo della “condotta forzata”. All'interno dell'albero motore si trova un grande pistone che immagazzina o restituisce energia quando viene spostato idraulicamente su o giù dall'acqua. L'acqua è semplicemente un fluido idraulico. L'acqua scorre in un circuito in entrambe le direzioni: o l'acqua scorre all'interno del circuito del sistema, spingendo il pistone verso l'alto, oppure l'acqua viene spinta nella direzione opposta dal pistone mentre scende.

Proprio come un sistema PSH convenzionale, l'elettricità viene consumata quando l'azionamento reversibile pompa l'acqua dalla condotta forzata nell'albero motore sotto il pistone, sollevando il pistone per immagazzinare l'energia potenziale del pistone. Per rilasciare l'energia immagazzinata, il pistone viene rilasciato e, mentre scende, l'acqua viene forzata attraverso la pompa che ora agisce come una turbina idraulica e genera energia utilizzando il motore che ora funziona come un generatore. La velocità con cui il pistone scende determina la potenza istantanea generata. La profondità e il diametro dell'albero motore e la massa del pistone determinano la quantità di energia immagazzinata.