Opportunità per carichi di elettricità flessibili come la produzione di idrogeno dalla produzione inutilizzata
Progettare futuri sistemi energetici a basse emissioni di carbonio per utilizzare l’energia generata in eccesso rispetto alle richieste della rete per produrre idrogeno combustibile potrebbe abbassare sostanzialmente i costi dell’elettricità, secondo un nuovo lavoro pubblicato da Advances in Applied Energy da Tyler Ruggles e Ken Caldeira di Carnegie.
Le fonti di energia rinnovabile come il sole e il vento hanno una variazione naturale dovuta ai modelli meteorologici: alcuni giorni sono luminosi e chiari, altri sono nuvolosi; alcuni giorni sono ventosi, altri sono tranquilli. Questo significa che le infrastrutture per la produzione di energia rinnovabile devono essere progettate tenendo conto di questa variabilità.
Per assicurare che ci sia abbastanza energia disponibile per soddisfare le richieste di picco della società quando la natura non collabora, devono essere costruite più turbine e pannelli solari di quanto sia necessario nei giorni di vento e di sole. Ma d’altra parte, quando il tempo è favorevole, non c’è modo di usare o immagazzinare tutta l’elettricità che i generatori eolici o solari sono in grado di produrre.
“I luoghi che hanno già preso impegni sostanziali per l’energia eolica e solare, tra cui la California, il Texas, la Germania e il Regno Unito, hanno sempre più bisogno di ridurre la produzione, il che ha aumentato l’interesse nel mettere la capacità inutilizzata a disposizione”, ha spiegato Caldeira.
Avere la flessibilità di reindirizzare la capacità energetica inutilizzata nella produzione di combustibili potrebbe colmare il divario tra la domanda costante di energia e le risorse energetiche variabili. Un esempio di questo potrebbe essere la produzione di idrogeno combustibile scindendo l’acqua in idrogeno gassoso e ossigeno gassoso, un processo chiamato elettrolisi.
Ruggles e Caldeira, insieme ai colleghi Jacqueline Dowling e Nathan Lewis del Caltech, hanno deciso di sondare la possibilità di aggiungere questo tipo di flessibilità al nostro sistema energetico. Per rappresentare accuratamente le opportunità e i limiti della variabilità del vento e del sole, hanno creato un modello che incorporava dati meteorologici storici.
“Abbiamo scoperto che nei sistemi modellati a basse emissioni di carbonio c’è quasi sempre abbastanza elettricità in eccesso generata per guidare l’elettrolisi dell’idrogeno dopo aver inviato l’energia necessaria alla rete per altri usi”, ha detto Ruggles.
Secondo il loro modello, un sistema che utilizza l’elettricità in eccesso per produrre idrogeno combustibile potrebbe essere implementato utilizzando l’infrastruttura energetica costruita per fornire la rete. Hanno scoperto che la nuova capacità non avrebbe bisogno di essere costruita fino a quando la quantità di elettricità utilizzata per alimentare le celle a combustibile a idrogeno supera circa il 20% della domanda totale di energia. Tuttavia, il prezzo di un’eventuale espansione potrebbe essere compensato da un costo medio più basso dell’elettricità con questo sistema.
“Una delle più grandi sfide nella creazione di un sistema elettrico a bassa emissione di carbonio o senza carbonio è stata quella di integrare efficacemente le risorse variabili come l’eolico e il solare”, ha concluso Caldeira. “Il nostro lavoro dimostra che la produzione di elettrocarburanti come l’idrogeno potrebbe essere un passo importante per fare un uso migliore delle risorse eoliche e solari, specialmente se gli elettrocarburanti potessero essere prodotti a basso costo di capitale”.
Fonte: ScienceDirect
