UN CAPACE ACCUMULATORE DI ENERGIA ELETTRICA

VedutaGarda
Veduta dell’impianto di accumulo in progetto. Clicca per ingrandire

Uno dei problemi di cui la società si preoccupa da sempre è produrre un bene quando esso serve. Questo principio è tanto più valido se si tratta di energia elettrica in quanto quella prodotta fuori tempo utile non offre nessun beneficio stante l’enorme difficoltà di poterla accumulare e conservare per poi utilizzarla al momento opportuno. E’ soprattutto negli impianti eolici o solari che si hanno lunghi periodi di produzione di corrente elettrica in esubero rispetto al fabbisogno del momento e che pertanto resta inutilizzata. Le possibilità di accumulare grandi quantitativi di energia elettrica sono molto poche. Le ricerche in corso a tale riguardo a tutt’oggi sono approdate a risultati molto scarsi e le soluzioni odierne presentano in molti casi delle particolarità che ne limitano molto l’uso. Ne riporto alcuni esempi. Gli accumulatori simili a quelli normalmente usati per gli autoveicoli oppure quelli al litio ed analoghi hanno capacità molto ridotte e quindi un impiego marginale nel settore qui trattato. Si sono sperimentati accumulatori basati su grandi serbatoi per aria compressa ma sono risultati poco convenienti per le rilevanti perdite dovute alla dispersione del calore che si forma nella compressione e decompressione stanti gli elevati valori di pressione in gioco. Gli esperimenti dell’uso dell’idrogeno sembrano naufragati a causa dell’alto costo di produzione dell’idrogeno stesso. E’ accertato che, allo stato attuale delle ricerche nel settore, il solo modo per ottenere buoni risultati soprattutto in relazione al grande quantitativo di energia che occorre accumulare, sia quello degli impianti idroelettrici reversibili cioè aventi due bacini che consentono sia produrre corrente elettrica sfruttando il salto idraulico presente tra due laghi sia di compiere il lavoro opposto e cioè utilizzare la corrente in esubero per ripompare l’acqua da quello inferiore al lago superiore dove essa riacquista la sua energia potenziale. Risulta però quasi impossibile costruire nuovi impianti idroelettrici reversibili come quello descritto per ragioni ambientali e di indisponibilità di luoghi atti allo scopo. In conclusione si può ribadire come per l’arrivo di nuove soluzioni sia di produzione elettrica e sia del suo accumulo, siano da prevedersi tempi ancora molto lunghi e tale circostanza spinge la ricerca verso soluzioni le più disparate.

Planimetria dell'ìmpianto di accumulo in progetto
Planimetria dell’ìmpianto di accumulo in progetto
ProfiloAltissimo
Profilo longitudinale schematico dell’impianto di accumulo

Si vuole ora mettere in evidenza, avendone avuto l’autorizzazione dal titolare della ditta SWS Engineering S.p.A. di Mattarello (TN) un progetto originale che brilla per le sue idee di base che consentono di accumulare ingenti quantitativi di energia elettrica impiegandola per sollevare le acque del lago di Garda ad un’altezza di ben 1700m e di accumularla su un bacino del tutto particolare essendo composto da una galleria scavata in roccia. Come risulta dai disegni della società di progettazione citata che si allegano, il bacino di accumulo, di forma planimetrica a spirale, è stato ubicato sotto la vetta della montagna con un duplice scopo e cioè poter usufruire di un salto utile avente la massima altezza possibile ed al tempo stesso interessare una zona priva di bacino imbrifero e che pertanto presenta grandi garanzie contro possibili sconvolgimenti della falda sotterranea da parte dello scavo della galleria serbatoio. Si tratta quindi di una soluzione di rendimento spinto fino ai valori massimi e con il minor impatto possibile sull’ambiente. Chi scrive le presenti note, mentre si compiace con i progettisti per la ottima soluzione  di accumulo di energia elettrica cui lo stesso darebbe la qualifica di accumulatore puro in quanto studiato specificatamente a tale scopo e solo a quello, vorrebbe, con l’autorizzazione dei progettisti stessi, formulare delle varianti descrivendo un impianto generico e leggermente diverso essendo in grado di assolvere, una volta trovata l’ubicazione in luoghi che ne presentino le caratteristiche favorevoli, anche altri scopi come sarà indicato. La necessità primaria di un sistema dove ci sono importanti produzioni di energia elettrica che presentano la caratteristica di essere tipo saltuario in quanto dipendenti da elementi non prevedibili a priori come è il tempo atmosferico, richiede uno stoccaggio aventi particolari e difficoltose caratteristiche. Ad esempio, se lo stoccaggio di energia avesse luogo tramite batterie di accumulatori la cui carica completa richiedesse un tempo di 5 ore, come si farebbe ad accumulare l’energia che viene totalmente prodotta in una sola ora? Grandi problemi si dovrebbero superare anche nel caso opposto cioè al verificarsi dello stop improvviso di molte pale eoliche o di pannelli solari in quanto alla conseguente mancanza di una consistente produzione elettrica, dovrebbe supplire una centrale di produzione che entrasse in funzione in tempi brevissimi nel mentre quelle termoelettriche in normale servizio richiedono qualche ora per andare a regime! Per riassumere l’ideale del sistema che qui si studia sarebbe quello di un impianto che, anche se di entità complessiva non grandissima, possedesse comunque una elevata velocità di immagazzinamento come pure una notevole producibilità di energia sia pur per tempi brevi. In sostanza quella che si auspica è una centrale pronta ad utilizzale immediatamente dell’energia elettrica di entità variabile che improvvisamente si rendesse disponibile e di entrare immediatamente in produzione in caso di repentino aumento del fabbisogno.

Profilo schematico di un generico impianto di accumulo energetico
Profilo schematico di un generico impianto di accumulo energetico

Come si rileva dallo schizzo allegato l’idea di base che si vorrebbe sottoporre è utilizzare l’acqua di un generico lago oppure quella del mare per sollevarla in una capace serbatoio costituito da una galleria artificiale scavata in roccia ed , ovviamente, sovrastante ed ubicata alla minor distanza possibile. Per illustrare un caso ipotetico ma utile per la comprensione si immagini una delle pareti di roccia quasi verticale e di altezza di mezzo chilometro. Si immagini che, scelta la posizione adatta, si scavi la galleria in alto avente un diametro di 15 metri ed una lunghezza di una decina di chilometri. Nella parte finale una condotta forzata da 2 m. di diametro pseudo verticale collega la galleria con una centrale reversibile posta a quota lago. Una diposizione di questo genere presenterebbe le seguenti particolarità. – Galleria/serbatoio diametro 15 m , lunghezza 10000 m, volume totale di invaso 1800000 mc circa – condotta forzata : diametro 2 m., salto utile m. 400 – portata massima alla velocità di 2 m/sec = 6.28 mc/sec per una durata massima continua di 40 ore circa – Potenza massima sia di pompaggio che di produzione idroelettrica = 50000 KW circa – Energia totale in gioco 2000000 KWh circa. La centrale posta a quota lago dovrebbe essere munita di un elevato numero di macchine reversibili turbina/pompa atte a variare la portata in funzione del fabbisogno reale. Ad esempio se si immagina di installare n. 10 turbine della portata ognuna di 0.6 mc/sec circa si potrebbero avere utilizzazioni di entità che aumenta progressivamente di circa mezzo mc./sec. aumentando di circa 2500 KW di volta in volta e quindi in grado di fronteggiare dei grandi sbalzi di esercizio delle pale eoliche e dei panneli solari. Si deve però rilevare una caratteristica del tutto particolare dell’impianto. Esiste una differenza sostanziale tra le modalità di funzionamento in fase di accumulo rispetto a quelle di svaso con produzione idroelettrica. Lo scopo da raggiungere con la prima è l’accumulo di una energia che ha tempo di impiego ed anche entità di accumulo assolutamente imprevedibili in quanto non è dato si sapere nè quando splende il sole o tira il vento né le potenze via via sfruttabili. Questo fattore impone di utilizzare macchine veloci nella partenza e nell’arresto e di una potenza molto variabile. In fase di svaso ci sono invece dei dati ben noti: l’energia da produrre può essere fissata a seconda del fabbisogno con un limite dato dal volume d’acqua di invaso disponibile e da una necessità fondamentale e cioè quella di svuotare il più presto possibile il serbatoio superiore al fine di renderlo atto a ricevere eventuali nuovi accumuli. Le condizioni indicate portano ad una soluzione ottimale che richiede una diversa impostazione delle turbine rispetto alle pompe e quindi la necessità evitare la reversibilità consigliando invece l’adozione di macchine diverse : turbine/alternatori in numero molto ridotto e di grande portata che sarebbero in grado di produrre molta energia elettrica in poco tempo in modo da avere molto frequentemente il bacino vuoto e pronto all’accumulo, al contrario un numero elevato di pompe di sollevamento funzionanti in parallelo e quindi in grado di seguire la portata necessaria per l’accumulo dell’energia di esubero qualunque sia la sua durata nel tempo e l’entità via via disponibile. Ad esempio nel caso prima citato si potrebbero prevedere due sole turbine/alternatori ognuna della potenza di 12500 KW atte a sollevare una portata di 1 mc/sec ciascuna ed una ventina di pompe centrifughe uguali ed aventi tutte una prevalenza manometrica totale di 400 m ed un potenza di 300 l/sec cadauna. In variante potrebbero anche essere installate un minor numero di pompe aventi portata variegata e tale da seguire anche nel dettagli la portata necessaria. Una ulteriore vantaggiosa possibilità del sistema che si propone è quella di poter sfruttare, qualora sia presente nella zona soprastante la galleria/serbatoio, la portata d’acqua di qualche rio immettendola direttamente nel sottostante serbatoio in modo che andasse ad aumentare la producibilità idroelettrica trasformando l’impianto da accumulo puro a tipo misto accumulo-produzione idroelettrica. Si aggiunge il particolare che le caratteristiche costruttive del serbatoio/galleria, ferma restando la necessità di svolgersi in orizzontale, mantengono la piena libertà planimetrica e quindi la galleria  può seguire in planimetria qualsiasi tracciato sia rettilineo che curvo, sia lineare che ramificato e quindi può essere studiato in modo da raggiungere una o più disponibilità locali di acqua utilizzabili. Si deve aggiungere che l’uso di acque locali in aggiunta di quelle di accumulo vero e proprie costituisce spesso un grosso problema nei riguardi dell’ambiente che corre il rischio di esserne sconvolto. Si fa però presente come le moderne attrezzature di scavo e rivestimento delle gallerie in roccia costituite da enormi frese, hanno tra l’altro la possibilità di tutelare il lavoro da qualsiasi danno ambientale in quanto possono procedere mettendo in pressione il fronte di scavo e quindi assicurando il mantenimento dello stato quo ante delle falde ed in genere del sottosuolo roccioso.

Cap4.1Fig3
Fotografia di una delle enormi frese da poter usare per la costruzione della galleria -serbatoio

In conclusione la soluzione di variante qui prospettata costituisce soltanto una opzione in più rispetto al progetto di cui si è detto di cui resta valida la soluzione base di accumulatore puro nel mentre può essere interessante la discussione sulle caratteristiche da assegnare ai due sistemi rispettivamente di pompaggio e di produzione idroelettrica. In questo senso è da rilevare la ulteriore possibilità, sempre assoggettata alla precisa condizione di non apportare danno all’ambiente, di poter immettere in serbatoio anche alcune delle falde idriche che molto spesso si in incontrano nello scavo di gallerie come quella in progetto. Si tratterebbe, ovviamente, di un ulteriore incremento nella produttività di energia elettrica.

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