La recente adozione del Green Deal da parte della Commissione Europea porterà a un ulteriore impulso nel processo di riconversione del sistema energetico alle fonti di energia rinnovabili.
Come detto, però, le fonti rinnovabili per la produzione elettrica sono caratterizzate da variabilità e non programmabilità e ciò determina la necessità di maggiore potenziamento delle infrastrutture e lo sviluppo in modo consistente dei sistemi per l’immagazzinamento di energia, se si vuole garantire un esercizio in sicurezza del sistema elettrico.
La rete elettrica è, infatti, un sistema complesso, costituito da generatori, linee e carichi il cui funzionamento avviene ad una determinata frequenza (50 Hz in Europa) e con valori standard di tensione di alimentazione. Per mantenere la stabilità del sistema è necessario che l’energia prodotta dai generatori in un determinato istante bilanci la richiesta di energia da parte dei carichi, realizzando un equilibrio tra produzione e consumo o compensando la differenza attraverso l’utilizzo di sistemi di accumulo dell’energia.
Una delle nuove tecnologie più promettenti per lo stoccaggio e per la regolazione delle grandezze di rete consiste nell’utilizzo di sistemi a volano, denominati anche Flywheel Energy Storage (FES).
Il movimento dei volani ricorda i famosi danzatori Dervisci, monaci islamici sufi che ballano ruotando in modo ipnotico facendo perno sulla punta del piede. Durante il rituale, a carattere religioso, i Dervisci roteano in senso antiorario, prima piano e poi in modo sempre più veloce.
In un robusto contenitore di forma cilindrica, nel quale viene mantenuto un certo grado di vuoto al fine di ridurre rumorosità e attriti aerodinamici, si inserisce un rotore caratterizzato da una grande inerzia meccanica. Ciò avviene grazie anche all’utilizzo di cuscinetti magnetici o di materiali superconduttori. Il volano utilizza l’energia elettrica per accelerare o decelerare e l’energia cinetica immagazzinata viene scambiata con la rete elettrica per il tramite di un motore/generatore integrato all’asse di rotazione. La quantità di energia immagazzinata dipende dalla velocità di rotazione e dall’inerzia del volano, ovvero dalla sua forma, dalla massa e dalla dimensione del raggio del rotore.
I volani si classificano in base alla velocità di rotazione che può raggiungere valori pari a 100.000 giri al minuto. L’energia specifica varia da circa 5 Wh/kg fino a 100 Wh/kg mentre l’efficienza di questa tecnologia è molto elevata (fino al 95%).
Gli accumulatori a volano si differenziano dai compensatori sincroni, detti anche condensatori rotanti. Questi ultimi sono, infatti, delle macchine elettriche rotanti utilizzate per regolare la tensione nel punto della rete elettrica in cui sono installati ma che non svolgono la funzione di accumulo di energia o di regolazione della frequenza. Grazie ai tempi di risposta rapidi e all’elevata flessibilità, la tecnologia del volano si adatta molto bene all’esigenza di compensare le brevi ma intense variazioni di potenza causate dal repentino cambio di ventosità e irraggiamento che influenzano la produzione di impianti solari ed eolici.
Negli ultimi anni, sono in corso di realizzazione impianti pilota o dimostrativi che utilizzano questa tecnologia. Il primo impianto di taglia significativa (20 MW, 5 MWh per 15 minuti di erogazione), è stato costruito per svolgere la regolazione della frequenza di rete ed è entrato in servizio nel 2011 a Stephentown (New York), successivamente è stato replicato ad Hazle (Pennsylvania) con un altro impianto da 20 MW.
La diffusione futura, che dipenderà dalla progressiva riduzione dei costi ancora molto elevati, potrà aumentare anche grazie alla versatilità di impiego, ad esempio nel settore dei sistemi di continuità elettrica (UPS), per far fronte a brevi interruzioni della fornitura, o nel settore dei trasporti (ricarica ultra fast), spaziale e satellitare.
