Le dighe agricole possono essere convertite in sistemi di accumulo di energia rinnovabile

Una nuova ricerca suggerisce che i bacini idrici agricoli australiani potrebbero rappresentare una soluzione innovativa di stoccaggio dell’energia per le energie rinnovabili variabili.

Decine di migliaia di siti di stoccaggio idroelettrico su piccola scala potrebbero essere costruiti dalle dighe agricole australiane, supportando l’adozione di sistemi affidabili e affidabili. sistemi energetici a basse emissioni di carbonio nelle comunità rurali, suggerisce una nuova ricerca condotta dall’UNSW-Sydney.

Lo studio, pubblicato in Energia applicata, scopre che i bacini idrici agricoli, come quelli utilizzati per l’irrigazione a energia solare, potrebbero essere collegati per formare sistemi di stoccaggio idroenergetico micropompati – versioni a misura di famiglia del progetto della diga idroelettrica Snowy Hydro. È il primo studio al mondo a valutare il potenziale di questi sistemi su piccola scala come soluzione innovativa per lo stoccaggio di energia rinnovabile.

Sistema di irrigazione agricola. Credito immagine: deraugustodesign tramite Pixabay, CC0 dominio pubblico

Con il crescente spostamento verso fonti energetiche variabili come l’eolico e il solare fotovoltaico, lo stoccaggio dell’energia in eccesso è essenziale per garantire un’alimentazione elettrica stabile e affidabile. In altre parole, quando il sole non è alto o il vento non soffia, l’energia immagazzinata può aiutare a bilanciare l’offerta e la domanda di energia in tempo reale e a superare il rischio di carenze e sovraccarichi.

In un sistema di stoccaggio dell’energia idroelettrica micropompato, l’energia solare in eccesso proveniente dai periodi di alta produzione viene immagazzinata pompando acqua in un serbatoio situato in alto, che viene rilasciata nuovamente in un serbatoio situato in basso quando è necessaria più energia, scorrendo attraverso una turbina. -generatore collegato per creare elettricità.

Tuttavia, la costruzione di nuovi serbatoi d’acqua per lo stoccaggio dell’energia idroelettrica tramite micropompe può essere costosa.

“La transizione verso sistemi energetici a basse emissioni di carbonio come l’eolico e il solare fotovoltaico necessita di soluzioni di stoccaggio dell’energia economicamente vantaggiose su tutti i livelli”, afferma Il dottor Nicholas Gilmoreautore principale dello studio e docente presso la Scuola di Ingegneria Meccanica e Manifatturiera A Ingegneria dell’UNSW.

“Abbiamo pensato: se sei geograficamente fortunato ad avere due volumi d’acqua significativi separati da un’altitudine sufficiente, potresti avere il potenziale per avere il tuo sistema di stoccaggio dell’energia idroelettrica.”

I sistemi di stoccaggio dell’energia idroelettrica micropompati immagazzinano l’energia solare in eccesso dai periodi di alta produzione pompando acqua in un serbatoio situato in alto, che viene rilasciata nuovamente in un serbatoio situato in basso quando è necessaria più energia. Credito immagine: UNSW

Sbloccare il potenziale non sfruttato delle dighe agricole

Per lo studio, il team, che comprendeva anche ricercatori della Deakin University e della University of Technology di Sydney, ha utilizzato immagini satellitari per creare accoppiamenti unici di bacini agricoli in tutta l’Australia da un set di dati del 2021 di dighe agricole.

Hanno poi utilizzato algoritmi della teoria dei grafi – una branca della matematica che modella il modo in cui i nodi possono essere organizzati e interconnessi – per filtrare i siti commercialmente promettenti in base alla capacità e alla pendenza minime.

“Se ci sono molte dighe nelle immediate vicinanze, non è possibile collegarle in ogni combinazione”, afferma Il dottor Thomas Britzcoautore dello studio e docente senior presso Scienza dell’UNSW‘S Scuola di Matematica e Statistica. Quindi, utilizziamo questi algoritmi della teoria dei grafi per collegare le migliori configurazioni di dighe con una capacità energetica ragionevole”.

Da quasi 1,7 milioni di dighe agricole, i ricercatori hanno identificato oltre 30.000 siti in tutta l’Australia come promettenti per lo stoccaggio di energia idroelettrica tramite micropompe. Il sito medio potrebbe fornire fino a 2 kW di potenza e 30 kWh di energia utilizzabile – abbastanza per sostenere una casa del Sud Australia per 40 ore.

«Abbiamo identificato decine di migliaia di questi potenziali siti in cui potrebbero essere installati sistemi di stoccaggio dell’energia idroelettrica micropompati senza intraprendere costose costruzioni di serbatoi», afferma il dott. Gilmore. “Si tratta di migliaia di famiglie che potrebbero potenzialmente aumentare il loro utilizzo dell’energia solare, risparmiare denaro sulle bollette energetiche e ridurre le emissioni di carbonio”.

Il gruppo di ricerca ha inoltre confrontato un sito idroelettrico micropompato con una batteria agli ioni di litio disponibile in commercio nei sistemi di irrigazione a energia solare. Nonostante una bassa efficienza di scarico, hanno scoperto che lo stoccaggio idroelettrico con pompaggio era del 30% più economico per un grande carico a ciclo singolo grazie alla sua elevata capacità di stoccaggio.

“Sebbene l’esborso iniziale per un sistema di stoccaggio dell’energia idroelettrica con micropompaggio sia superiore a quello di una batteria, i vantaggi sono una maggiore capacità di stoccaggio e una potenziale durata per decenni”, afferma il dott. Gilmore. “Ma tale costo viene comunque significativamente ridotto sfruttando i serbatoi esistenti, il che ha anche l’ulteriore vantaggio di un minore impatto ambientale”.

Costruire sistemi di energia idroelettrica micropompati da dighe agricole esistenti potrebbe anche aiutare le aree rurali suscettibili a interruzioni di corrente che necessitano di una fonte di energia di riserva sicura e affidabile. L’energia di riserva della batteria è generalmente limitata a meno di mezza giornata, mentre i generatori, sebbene potenti, dipendono da una fornitura di carburante a prezzi accessibili e producono emissioni nocive.

“Le persone ai margini della rete elettrica possono essere più esposte alle interruzioni di corrente e la fornitura può essere meno affidabile”, afferma il dott. Gilmore. “Se si verifica un’interruzione di corrente durante un incendio boschivo, ad esempio, un sistema idroelettrico con pompa ti fornirà energia sufficiente per durare un giorno, mentre una batteria in genere dura circa otto ore.”

Sebbene incoraggianti, i ricercatori affermano che alcuni limiti dello studio richiedono ulteriori analisi, comprese le fluttuazioni nella disponibilità di acqua, nella programmazione delle pompe e nell’efficienza di scarico.

«I nostri risultati sono incoraggianti per l’ulteriore sviluppo di questa tecnologia emergente, e c’è ampio margine per futuri miglioramenti tecnologici che renderanno questi sistemi sempre più economici nel tempo», afferma il dott. Gilmore.

“Il passo successivo sarebbe creare un sito pilota, testare le prestazioni di un sistema in azione e modellarlo in dettaglio per ottenere una convalida nel mondo reale: abbiamo 30.000 potenziali candidati!”

Fonte: UNSW