Le batterie a gravità, chiamate talvolta anche batterie gravitazionali, sono dispositivi per immagazzinare tramite accumulo gravitazionale l’energia in eccesso, spesso prodotta da fonti rinnovabili come l'eolico e il solare, che poi può essere riconvertita in energia elettrica in modo relativamente sostenibile. Il loro funzionamento si basa sulla conversione del surplus di energia in energia potenziale – ovvero quella legata all’altitudine e all'altezza da terra – alzando grandi masse di diverso tipo, spesso masse d'acqua – nelle centrali idroelettriche di pompaggio – o grandi blocchi di cemento o di ferro in impianti dedicati. Da questo punto di vista, sono un'alternativa relativamente rispettosa dell'ambiente alle batterie che operano tramite reazioni chimiche, e al tempo stesso possono contribuire a risolvere – come le batterie di flusso, le batterie al sale o le batterie alla sabbia – il problema dello stoccaggio dell'energia proveniente da fonti rinnovabili, che è per sua natura intermittente e notoriamente difficile da immagazzinare. Queste batterie hanno basse perdite energetiche, bassi rischi e possono davvero aiutare nella gestione della rete elettrica accumulando grandi quantità di energia. Attualmente la batteria a gravità più grande al mondo si trova a Shanghai: è la Energy Vault e può fornire una potenza di 25 MW.
Come funzionano le batterie a gravità
L'idea alla base delle batterie a gravità è piuttosto semplice. Nei momenti in cui l'energia prodotta da fonti rinnovabili è sovrabbondante rispetto al fabbisogno, l'energia in eccesso viene usata per sollevare fino a una certa altezza dal suolo masse che tipicamente si aggirano sulle svariate tonnellate. Questa energia viene quindi convertita nell'energia potenziale delle masse sollevate e rimane così immagazzinata in questa forma in modo relativamente sicuro e duraturo. Questi dispositivi si suddividono in base al tipo di materiale che viene sollevato: esistono gli impianti idroelettrici (che pompano acqua), impianti con blocchi di cemento ed esiste anche un impianto con blocchi di ferro.
Impianti di stoccaggio idroelettrici
Oggigiorno questi tipi di impianti vengono anche chiamati centrali idroelettriche di pompaggio. Permettono al tempo stesso di generare energia elettrica dalla caduta di acqua nei periodi di punta e di immagazzinare acqua in quota quando non serve. Quando il fabbisogno energetico aumenta, l’acqua viene rilasciata nuovamente e durante la caduta produce energia elettrica grazie alla turbina dell’impianto idroelettrico.
Un esempio si trova nella centrale idroelettrica di Egeweiher in Svizzera, che all'inizio del Novecento fu equipaggiata di un bacino 144 metri più in alto dove pompare acqua con l’energia prodotta in eccesso. Questo serviva principalmente per assorbire il surplus di energia prodotta di notte.
Impianti di stoccaggio con blocchi di cemento
Esistono poi impianti che sollevano blocchi di materiali compositi, come quello di Energy Vault, realizzato nella periferia di Shangai. L’impianto sembra un enorme grattacielo in cui blocchi di cemento vengono sollevati quando vi è un surplus di energia prodotta da fonti rinnovabili. Al bisogno vengono abbassati producendo energia elettrica. Questo impianto è stato progettato per avere una durata di circa 35 anni, regola giornalmente il carico elettrico e può mettere in gioco gigawatt di potenza fino a 18 ore giornaliere.
Impianto di stoccaggio con blocchi di ferro
Esiste poi una batteria a gravità che sposta blocchi di ferro. Sviluppata da una startup chiamata Gravitricity, in Scozia, sfrutta il movimento di 50 tonnellate di ferro sospeso con cavi di acciaio in un pozzo profondo l'equivalente di quattro piani. L'impianto ha una potenza di 250 kW.
Vantaggi e svantaggi delle batterie a gravità
Tutte queste diverse tipologie di batterie a gravità offrono un'ottima alternativa, o meglio, sono un ottimo alleato delle batterie chimiche che oggi dominano il mercato globale dell'accumulo di energia. Non sfruttando reazioni chimiche, si tratta di soluzioni con un impatto ambientale relativamente basso e a basso rischio di incendio. Sono inoltre molto efficienti per l’accumulo del surplus energetico: si parla, infatti, di un'efficienza attorno all'80%. Questo tipo di accumulo assicura un comportamento stabile sia negli ambienti caldi che in quelli umidi.
Le varie soluzioni hanno vantaggi specifici: le batterie a gravità che sfruttano il sollevamento di masse di acqua, per esempio, hanno perdite energetiche limitate, dovute principalmente all’energia utilizzata per pompare l’acqua in quota e al processo naturale di evaporazione del bacino; quelle che sollevano blocchi di cemento hanno un degrado nel tempo molto basso.
L'altro lato della medaglia è che i costi sono relativamente elevati (tra i 7,5 e i 15 centesimi di euro per kWh) e sono richieste strutture di grandi dimensioni.
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