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La gravità non scompare mai e può diventare un potente strumento nel mondo delle energie rinnovabili, che hanno problemi con l’intermittenza del vento, della marea e del Sole. Questa energia basata sulla gravità non è un concetto per il futuro, ma sta già mettendo radici: Energy Vault, con sede in Svizzera, ha diversi progetti in costruzione che utilizzano questa tecnologia e la scozzese Gravitricity ha già costruito un prototipo di successo che intende mettere in commercio.

Sostanzialmente, l’idea è di utilizzare l’energia prodotta in eccesso nei normali impianti (fotovoltaici, eolici o di altro tipo), per sollevare ad una certa altezza dei pesi, caricandoli di fatto con l’energia potenziale che si accumula nel sollevamento. In pratica l’idea è quella di utilizzare dei pesi al posto di accumulatori per stoccare l’energia.

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Il concetto di base prevede di utilizzare l’eccesso di produzione di energia rinnovabile ottenuta con qualsiasi altro sistema per aiutare a posizionare un peso in cima a una torre o un pozzo. Quel peso rimane sospeso fino a quando non si verifica una flessione nella produzione di energia rinnovabile, consentendo di far scendere lentamente il peso e creare elettricità mentre la gravità lo spinge verso il basso. Questa elettricità può aiutare a colmare le lacune lasciate quando il vento smette di sferzare o il Sole smette di splendere.

Queste soluzioni basate sulla gravità hanno il loro fondamento nella fisica e nell’ingegneria meccanica dell’accumulo di energia idroelettrica pompata, che utilizza due serbatoi d’acqua a quote diverse per creare energia attraverso una turbina mentre l’acqua si sposta da un serbatoio all’altro, ma in questo caso si sostituisce l’acqua con blocchi che possono essere realizzati con una varietà di materiali riciclati.

Il sistema Gravitricity utilizza configurazioni di peso per un totale di 12.000 tonnellate in un pozzo profondo, sospeso da una serie di cavi, ciascuno dei quali è impegnato con un argano elettrico in grado di sollevare la propria quota di peso. L’elettricità viene immagazzinata sotto forma di energia potenziale sollevando i pesi. La potenza viene quindi generata abbassando i pesi per accendere un generatore. È stato dimostrato che la tecnologia raggiunge la piena potenza in meno di un secondo e ha un’efficienza a fondo scala prevista fino all’80%.

La gravità è in grado di immagazzinare l’energia in eccesso pronta per essere rilasciata ogni volta che è necessario, sia a raffiche molto rapide che brevi o per un lungo periodo di tempo. Ciò può fornire i servizi vitali necessari per bilanciare la rete a livello locale o nazionale, oltre a fornire servizi dietro il contatore nei casi di utilizzo industriale. Inoltre, la lunga durata della tecnologia offre una forte sinergia con i nuovi progetti di infrastrutture di rete, facilitando un’ampia riduzione dei materiali necessari per ottenere la capacità di trasmissione della potenza di picco desiderata.

grafico del costo livellato dello stoccaggio
Costo di stoccaggio livellato per il sistema Gravitricity progettato per l’energia e quattro tecnologie di confronto in un’applicazione di riduzione dei picchi. La durata del progetto è fissata a 25 anni. I costi di investimento includono il costo per la sostituzione del sistema al costo di investimento corrente, se applicabile. I costi di sostituzione si riferiscono alla sostituzione dei componenti. O&M – Costi operativi e di manutenzione.

L’analisi effettuata dall’Imperial College London calcola che il sistema, che può funzionare fino a 50 anni,  può immagazzinare energia a metà del costo delle batterie agli ioni di litio.

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Ciascuna unità può essere configurata per produrre tra 1 e 20 MW di potenza di picco, con una durata di uscita da 15 minuti a otto ore. Ad esempio, un sistema da 10 MW e 25 MWh potrebbe fornire piena potenza (10 MW) per 2,5 ore o 5 MW in cinque ore.

Il sistema Gravitricity passerà da zero a piena potenza in meno di un secondo, il che può essere estremamente prezioso nei mercati della risposta in frequenza e dell’alimentazione di riserva.

La tecnologia della gravità ha una combinazione unica di caratteristiche:

  • Vita di progettazione di 50 anni, senza limiti di ciclo o degrado
  • Tempo di risposta: da zero a piena potenza in meno di un secondo
  • Efficienza: fino all’80 percento
  • Versatile: può funzionare lentamente a bassa potenza o veloce ad alta potenza
  • Semplice: facile da costruire vicino a reti
  • Economico: costi livellati ben al di sotto delle batterie al litio

Aspetti principali

  • Profondità del pozzo: per i pozzi esistenti, quelli con profondità superiori a 300 m possono essere adatti a progetti Gravitricity.
  • Dimensioni dei pesi – fino a 24 pesi da 500 tonnellate. Quindi un totale di 12.000 tonnellate per sistema.
  • Il sistema da 20 MWp potrebbe alimentare 63.000 case per ogni ora che scarica.
  • Gravitricity ha presentato sette domande di brevetto; quattro sono stati ammessi alla borsa di studio e tre sono in esame.

Energy Vault ha già una torre alta 20 piani in Svizzera che utilizza gru per sollevare blocchi da 33 tonnellate. Ora, l’azienda sta implementando il suo sistema “EVx” con migliaia di pesi su un complesso di carrelli per creare 100 megawattora (MWh) di energia al giorno. L’EVx di Energy Vault è stato ordinato da paesi di tutto il mondo, inclusa la Cina, che ha iniziato la costruzione del sistema a marzo. Un nuovo progetto in Louisiana annunciato il mese scorso impiegherà una capacità di stoccaggio di 200 MWh utilizzando il sistema EVx nella produzione di carburanti aeronautici sostenibili.

Il prototipo iniziale di Gravitricity prevedeva una torre d’acciaio alta 150 metri che sospendeva due pesi di ferro da 22,5 tonnellate tramite un motore elettrico prima di farli cadere lentamente per creare 250 kilowatt di potenza. “Abbiamo dimostrato che possiamo controllare il sistema per prolungare la durata di alcuni componenti meccanici, come il cavo di sollevamento“, ha detto alla BBC Jill Macpherson, ingegnere senior di test e simulazione di Gravitricity . “Il sistema è inoltre progettato in modo che i singoli componenti possano essere facilmente sostituiti invece di sostituire l’intero sistema. Quindi, c’è davvero spazio per avere una vita operativa di decenni“.

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Trovare modi a basso costo e di lunga durata per immagazzinare energia rinnovabile sarà fondamentale nel viaggio mondiale verso lo zero netto di emissioni“, afferma Charlie Blair, amministratore delegato di Graviticity, in un comunicato stampa.

Nel comunicato, Blair afferma che il concetto di multi-peso era già stato collaudato, dimostrando l’efficienza del sistema di pesatura e la capacità di “raggiungere la piena potenza di importazione o esportazione in meno di un secondo“.

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Un sistema a gravità con pesi multipli offre un costo inferiore per MWh di energia immagazzinata: più pesi danno più massa o MWh mentre il numero di sistemi di sollevamento, che costituisce una parte sostanziale del costo degli asset, non aumenta“, afferma.

Graviticity ora prevede di cercare miniere di carbone dismesse in tutto il mondo per utilizzare i pozzi già esistenti per creare energia alimentata per gravità.

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