Stoccare l'energia delle fonti rinnovabili sottoforma di aria compressa nelle caverne sottoterra: Iowa Stored Energy Park (ISEP)

Il punto debole dell'energia solare è quello di essere soggetta ad un efficace funzionamento solo se c'è il sole. E' quindi indispensabile produrne di più durante le ore soleggiate, per poterla conservarla per le ore notturne.Al momento, la maggior parte dei sistemi di stoccaggio come le batterie, è costosa o ineficciente, ma può essere considerato praticabile l'immagazzinamento dell'energia mediante aria compressa. L'energia elettrica generata dagli impianti fotovoltaici comprime l'aria, pompandola in spelonche sotterranee, miniere abbandonate, negli strati acquiferi e nei pozzi esauriti di gas naturale. L'aria compressa viene rilasciata a richiesta per azionare una turbina che genera l'elettricità, con l'ausilio della combustione di piccole quantità di gas naturale. Questo tipo d'impianti d'imagazzinaggio ad aria compressa sono già in funzione in Germania da diversi anni. Le turbine bruciano soltanto il 40 per cento del gas naturale che consumerebbero senza l'ausilio dell'aria compressa, e la tecnologia di recupero del calore abbasserebbe la percentuale fino al 3 per cento.

All' Electric Power Research Institute in Palo Alto (California) risulta che il costo d'immagazzinamento di energia sotto forma di aria compressa corrisponde circa alla metà di quella alle batterie al piombo. Questi impianti aggiungerebbero 2, 3 centesimi per Kwh alla generazione fotovoltaica, portando così il costo totale a 8, 9 centesimi per chilowattora al 2020.

L'energia elettrica delle farm fotovoltaiche del sud-ovest sarebbe inviata su linee di trasmissione ad alta tensione in corrente continua sino agli impianti di stoccaggio ad aria compressa in tutto il paese, dove le turbine potrebbero generare energia elettrica dovunque e per tutto l'anno. La chiave sta nel trovare siti adeguati. Tuttavia, una mappa realizzata dall' Electric Power Research Institute e dall'industria del gas naturale, dimostra che esistono formazioni geologiche idonee nel 75 per cento del territorio del Paese, e spesso in prossimità di aree metropolitane.

In effetti, un sistema di immagazzinamento dell'energia ad aria compressa sarebbe simile al sistema di distribuzione del gas naturale nazionale, che immagazzina 220 miliardi di metri cubi di gas (8 trilioni di cubic feet) in 400 serbatoi sotterranei.

Se questo piano venisse messo in atto, entro il 2050 richiederebbe 535 miliardi di cubic feet (15 miliardi di metri cubi) di stoccaggio, con aria pressurizzata a 75 atmosfere (1100 libbre per pollice quadrato). Anche se lo sviluppo sarà una sfida, abbondanza di riserve disponibili, e sarebbe ragionevole per l'industria del gas naturale di investire in una tale rete.

Anche se lo sviluppo sarebbe una sfida, l'abbondanza di riserve disponibili dovrebbe indurre l'industria del gas naturale ad investire in un questo tipo di rete.

Un' altra tecnologia ancora poco conosciuta, che permette una produzione più indipendente dal ciclo diurno del Sole e che forse potrebbe rifornire un quinto dell'energia solare, nello scenario ipotizzato da questo studio, sono gli impianti solari termici a concentrazione (Concentrating Solar Power), i quali consentono di produrre quantità significative di elettricità e - in futuro - di idrogeno a costi competitivi. Questo tipo d'impianto utilizza la radiazione diretta del Sole, concentrandola tramite specchi su un "ricevitore" (un tubo riempito di fluido termovettore) che trasforma la radiazione in calore.

Per immagazzinare l'energia la conduttura percorre un enorme serbatoio isolato riempito di sale fuso, che ha la proprietà di conservare il calore im modo efficiente. Il calore trasferito durante il giorno viene estratto nel corso della notte, producendo vapore. Tuttavia, seppur lentamente, il sale fuso si raffredda, facendo sì che l'energia accumulata debba essere utilizzata nel giro di 24 ore.

Gli impianti che già sono operativi dimostrano che il solare termico a concentrazione (Csp) è valido, ma c'è bisogno di ridurre i costi. A questo dovranno contribuire le economie di scala e la ricerca. Un rapporto del 2006 della Solar Task Force degli stati federali del sud ovest, quelli potenzialmente interessati a questo grande piano solare, ha previsto che l'energia solare concentrata potrebbe fornire energia elettrica a 10 cents per Kwh o meno entro il 2015, qualora venissero costruiti impianti per 4 GW di potenza. L'efficienza operativa potrebbe aumentare se si trovasse un modo per aumentare la temperatura dei fluidi dello scambiatore di calore. Un'altra strada percorribile potrebbe essere pure usare i sali fusi come fluidi di trasferimento del calore, consentendo ad una centrale di operare con un solo scambiatore di calore invece di due, riducendo, in tal modo, le perdite di calore e gli investimenti necessari.

Basandoci su questi presupposti, dicono gli autori del progetto, la domanda di energia degli Stati Uniti potrebbe essere soddisfatta con le seguenti capacità: 2,9 TW (terawatt) di potenza fotovoltaica immessa direttamente nella rete e altri 7,5 TW dedicati allo stoccaggio ad aria compressa; 2,3 TW di potenza solare a concentrazione; 1,3 TW di impianti fotovoltaici distribuiti. La fornitura sarebbe completata con 1 TW di parchi eolici, 0,2 TW di impianti per l'energia geotermica e 0,25 TW di produzione di combustibili da biomasse. Il modello comprende 0,5 TW di pompe per il calore geotermico per il riscaldamento e condizionamento degli edifici.

Ecco il punto che non avevo capito : come immagazzinare l'energia elettrica nelle caverne con la pressione dell'aria? ecco la risposta:

In un CAES presso la struttura ISEP, l'aria viene compressa utilizzando a basso costo, al di fuori delle ore di punta di energia elettrica, e il vento che non viene venduto sulla rete in quel momento.
L'aria è memorizzata in un una profonda formazione geologica sotterranea per un uso successivo nel rendere l'elettricità.

Quando è necessaria l'energia, l'aria memorizzati verrà rilasciato, riscaldata e utilizzata per la generazione di unità di turbine.

L'energia elettrica che produce possono essere utilizzati a seconda delle necessità, soprattutto in alta-demanda nelle ore di punta.

Questo processo utilizza meno di carburante rispetto ad un convenzionale impianto di combustione-turbina.

Con l'uso di aria compressa e di stoccaggio di energia eolica insieme, l'ambiente, fonte di energia alternativa è disponibile per abitazioni e aziende.