ENEA sta sviluppando un nuovo sistema compatto in grado di accumulare calore da energia termica ed elettrica in materiali a basso costo facilmente reperibili, per poi riutilizzarlo successivamente in applicazioni industriali e per la produzione di elettricità. I primi risultati della sperimentazione sono stati pubblicati sulla rivista Energies e potrebbero aprire la strada a impieghi promettenti come lo stoccaggio di energia elettrica rinnovabile in eccesso (energy overload, per garantire la stabilità della rete elettrica), la fornitura di calore all’industria (nel range di temperatura 150-300°C) e il riscaldamento/teleriscaldamento residenziale. “Il nostro prototipo di accumulo elettro-termico è un sistema ibrido che può essere alimentato sia da energia elettrica, come quella prodotta in eccesso da eolico e fotovoltaico, sia da calore generato da tecnologie energetiche rinnovabili e/o recuperato dai processi industriali, ed è in grado di stoccare energia termica a una temperatura fino a 350-400 °C”, spiega uno degli autori dello studio, Raffale Liberatore, ricercatore del laboratorio ENEA Energia e accumulo termico, afferente al Dipartimento Tecnologie energetiche e fonti rinnovabili.
Il prototipo ENEA di accumulo termico consiste in un blocco di calcestruzzo di nuova concezione con aggiunta di fibre metalliche e polimeriche provenienti da scarti industriali[1] e di sali solari[2], il cui scopo principale è di aumentare la densità energetica immagazzinata. All’interno del sistema è poi presente un tubo di acciaio inox che funziona come una resistenza elettrica: quando è attraversato dall’elettricità, si riscalda velocemente generando calore (per effetto Joule, lo stesso principio con cui funzionano le stufe elettriche).
“Un confronto sperimentale – prosegue il ricercatore – ha dimostrato che il riscaldamento elettrico, nell’attuale configurazione del dispositivo, è più rapido del riscaldamento termico; inoltre, prove cicliche di carica e scarica ne hanno mostrato la perfetta replicabilità”, aggiunge Liberatore. “Il sistema di accumulo elettro-termico messo a punto per i test di laboratorio è ancora di piccole dimensioni[3], ma potranno essere facilmente realizzati moduli di dimensioni e capacità superiori, anche scalabili”, conclude.
Finora, gli sforzi della ricerca si sono concentrati sull’identificazione di materiali a basso costo, non tossici e ampiamente disponibili e sullo sviluppo di soluzioni flessibili in termini di dimensioni (capacità) e integrabilità.
Il modulo di accumulo è stato installato sull’impianto sperimentale di ENEA ATES[4] (Advanced Thermal Energy Storage System), per condurre la caratterizzazione termica con cicli operativi di carica e scarica analoghi a quelli attesi negli impianti industriali.
Le prossime attività riguarderanno lo sviluppo e il collaudo di moduli di dimensioni maggiori per ottimizzarne le prestazioni attraverso la riduzione delle perdite termiche, anche al fine di condurre una valutazione reale dei suoi costi.
“I sistemi di accumulo termico a medio-alte temperature (100-550°C) sviluppati da ENEA consentono di disaccoppiare la produzione di calore/elettricità dalla disponibilità della risorsa solare, facendo uso di materiali non strategici”, sottolinea la coautrice dello studio Michela Lanchi, responsabile del Laboratorio ENEA Energia e accumulo termico. “Questi sistemi di accumulo – conclude – possono fungere da veri e propri hub energetici, capaci di stoccare energia termica ed elettrica generata da diverse fonti rinnovabili e di renderla disponibile on-demand, contribuendo alla stabilità alla rete”.
[1] Scorie d’acciaieria, fibre di carbonio recuperate da filtri.
[2] Miscela al 60% in peso di nitrato di sodio e al 40% di nitrato di potassio.
[3] Lunghezza utile 1,4 m e diametro calcestruzzo 0,12 m.
[4] Questo impianto utilizza un circuito dove scorre olio speciale, capace di riscaldarsi fino a 350 °C o raffreddarsi, grazie a un’apparecchiatura che può fornire fino a 3 kW di calore o sottrarre fino a 15 kW di freddo. L’olio circola con una portata massima di 18 litri al minuto. L’impianto è dotato di quattro valvole comandate elettricamente che permettono di far circolare l’olio in diverse direzioni (circolazione oraria, antioraria o in bypass), facilitando così la fase di carica (quando si accumula calore) o scarica (quando il calore viene rilasciato) dal modulo.
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