Come funziona la batteria ad acqua

Per risolvere il problema dello stoccaggio di energia, una delle principali criticità legate alla diffusione delle rinnovabili, i ricercatori stanno studiando nuove soluzioni innovative.

Tra queste, una delle più interessanti è quella che è stata chiamata batteria ad acqua, un progetto estremamente complesso messo a punto in Svizzera che ha richiesto ben 14 anni di lavoro.

Batteria ad acqua in Svizzera

Nel cuore delle Alpi svizzere è stata realizzata una gigantesca batteria ad acqua, un mega accumulatore che non sfrutta i fiumi ma i bacini idrici già esistenti.
Il progetto è stato realizzato dalla Nant de Drance, una società elvetica che gestisce il più importante impianto di produzione e stoccaggio di energia idroelettrica in Europa, situato nel Canton Vallese.

Questa centrale idroelettrica imponente nel comune di Finhaut, ubicata tra i bacini di Vieux Emosson e Emosson a 600 metri sottoterra, è stata dotata di un sistema che funziona come una batteria alimentata ad acqua, un impianto situato in un locale che misura 32 metri di larghezza e 200 metri di lunghezza.

In particolare, quando è necessario produrre energia elettrica l’acqua viene trasferita dagli invasi superiori a quelli inferiori, azionando le turbine che producono elettricità.
Al contrario, quando la domanda è bassa delle speciali pompe riportano l’acqua dagli invasi inferiori a quelli superiori, sfruttando questo sistema per ricaricare la batteria e immagazzinare una quantità di energia elettrica pari a quella di 400 mila batterie di auto elettriche.

Mentre la centrale ha una capacità di 900 MW grazie a 6 turbine da 150 W, l’accumulo ha una potenza di 20 GWh, ossia 20 milioni di kWh.

Cos'è una batteria ad acqua?

Questo sistema di “batteria ad acqua”, dunque, è una tecnologia green che consente di sfruttare l’energia idroelettrica in modo più sostenibile. Ciò è possibile grazie al riutilizzo della stessa acqua per ogni ciclo operativo, sia quando l’impianto produce energia elettrica da distribuire alla rete elettrica esterna, sia quando la centrale genera elettricità per ricaricare le batterie del sistema di accumulo.

In pratica, queste moderne centrali idroelettriche impiegano la medesima acqua per i due processi, riciclando continuamente le risorse idriche dei bacini artificiali già esistenti per non usare l’acqua dei fiumi.

Questo risultato è stato ottenuto grazie a delle turbine idroelettriche che possono invertire il senso di rotazione, sfruttando l’acqua in entrambe le direzioni, a differenza di quanto avviene in una centrale idroelettrica tradizionale.

Batteria ad acqua: funzionamento

Per capire come funziona una batteria ad acqua bisogna prima di tutto pensare al funzionamento di una normale centrale idroelettrica.

In questi impianti l’acqua di un bacino idrico viene convogliata all’interno di una serie di condotti; quindi, grazie a un certo dislivello la forza dell’acqua mette in funzione delle turbine che girando azionano un alternatore e producono elettricità. Dopodiché l’acqua viene filtrata e rilasciata a valle.

Nelle centrali idroelettriche con batteria ad acqua, invece, l’acqua utilizzata per generare energia elettrica attraverso le turbine non viene sprecata, ma può essere adoperata nuovamente per azionare quest’ultime invertendone il senso di rotazione.

Questo processo permette di ricaricare degli appositi accumulatori, delle batterie ad alta capacità che immagazzinano l’elettricità per immetterla nella rete elettrica quando necessario.

Si tratta di centrali idroelettriche di pompaggio/turbinaggio, impianti flessibili che possono stabilizzare la produzione di energia elettrica durante l’anno risolvendo una delle maggiori limitazioni delle fonti rinnovabili.

Un sistema di pompaggio a ciclo chiuso non ha alcun impatto sui fiumi della zona, rappresentando quindi una soluzione ecosostenibile per la produzione di elettricità pulita su larga scala.

Quanta energia produce una batteria ad acqua?

La produzione di energia di una batteria ad acqua dipende da numerosi fattori, tra cui il tipo di centrale idroelettrica, le dimensioni degli invasi, le turbine utilizzate e il dimensionamento del sistema di accumulo.

Ad esempio, la centrale idroelettrica svizzera di Nant de Drance è riuscita a incrementare la capacità energetica del 33% grazie alla batteria ad acqua, raggiungendo una capacità di storage di 20 GWh.

Ciò permette di rendere le centrali idroelettriche più efficienti e produttive, un aspetto fondamentale considerando gli alti costi iniziali di realizzazione di questo tipo di impianti.

I vantaggi delle batterie ad acqua nell’idroelettrico

Il vantaggio principale di questa green technology è il supporto offerto nei periodi di minore produzione, durante i quali è possibile compensare il calo di rendimento della centrale idroelettrica attraverso l’immissione nella rete dell’energia elettrica accumulata con il sistema della batteria ad acqua.

È il caso dei momenti di siccità quando le centrali idroelettriche riducono la loro produzione, gli impianti possono colmare questo gap mediante l’elettricità immagazzinata in precedenza.

Inoltre, questa tecnologia può aumentare la sostenibilità ambientale delle centrali idroelettriche perché permette di sfruttare bacini già esistenti migliorandone l’efficienza ed evitando, in alcuni casi, la costruzione di nuove dighe dall’impatto potenzialmente elevato sull’ambiente, in termini di deviazione dei corsi d’acqua, alterazione del microclima e riduzione della biodiversità.

Perché il sistema svizzero è considerato un progetto rivoluzionario?

La centrale svizzera può sembrare simile ad altre centrali con sistema a ciclo chiuso, presenti già da molti anni anche nel nostro Paese, da sempre all’avanguardia in questo settore. Tuttavia, secondo le informazioni diffuse dalla centrale di Nant de Drance, la sua portata innovativa è di straordinaria importanza: l’utilizzo delle più recenti tecnologie le permette di distinguersi dalle altre centrali in termini di capacità produttiva, sostenibilità e supporto alla rete elettrica offerti.

Innanzitutto, la centrale è un grande impianto di accumulo di energia, in grado di immagazzinarne un’elevata quantità. In questo modo è possibile valorizzare tutta l’elettricità che può essere prodotta da un impianto idroelettrico di questo tipo, evitando di sprecare energia.

Grazie anche all’impianto di accumulo con una capacità di 20 GWh, la centrale svizzera arriva a una produzione annuale di energia elettrica di circa 2.100 GWh, pari alla produzione annuale di 21 centrali come quella di Riva del Garda, uno dei primi impianti realizzati in Italia negli anni ’20, che ha invece una capacità di circa 100 GWh l’anno.

In secondo luogo, Nant de Drance offre un supporto fondamentale per la gestione della rete elettrica, grazie a un’elevata disponibilità di energia e all’elevata flessibilità. È in grado, infatti, di reagire immediatamente e stabilizzare la rete in caso di problemi, impiegando solo 5 minuti per passare dalla modalità di accumulo a quella di cessione dell’energia.

La centrale vanta anche un livello di efficienza superiore all’80%, un risultato ottenuto impiegando la tecnologia a velocità variabile per tutte le 6 turbine da 150 MW ciascuna e realizzando grandi diametri per ogni corso d’acqua.

Infine, la centrale idroelettrica Nant de Drance ha adottato delle misure per mitigare l’impatto nei confronti dell’ambiente. Ad esempio, la rinaturalizzazione delle aree circostanti, ovvero la riabilitazione e il ripristino delle aree naturali in cui è stata costruita la centrale. Questo ha permesso di ridurre l'impatto delle attività umane sull'ecosistema e di preservare la biodiversità locale.

Come ulteriore misura a favore degli ecosistemi naturali, sono state implementate pratiche per minimizzare l'impatto sui fiumi circostanti, contribuendo così a mantenere l'equilibrio ecologico della zona e ad assicurare che le risorse naturali siano utilizzate in modo sostenibile.

La centrale idroelettrica di Suviana

Come anticipato, la tecnologia con sistema di pompaggio a ciclo chiuso è presente anche nel nostro Paese. Un esempio è la centrale idroelettrica di Suviana, un impianto costruito a Castel di Casio (BO) tra il 1928 e il 1932 che rappresenta una delle opere idroelettriche più importanti dell’Emilia-Romagna e un’infrastruttura che all’epoca risultava pionieristica.

Le sue turbine reversibili ad asse verticale permettono di realizzare sia la funzione di generazione elettrica che quella di pompaggio. La potenza complessiva dell’impianto è di circa 330 MW, un terzo rispetto alla portata della centrale svizzera.

Articolo pubblicato il: 22/12/2022