Accumulare energia

Scusate. Sul serio, vi chiedo davvero scusa. Perché so che rischio di diventare monotematico, ma se continuano a spararle grosse mi obbligano a parlare ogni due giorni di questo argomento.

In Portogallo c’è uno sciopero degli autotrasportatori che riforniscono i benzinai, col risultato che le pompe sono a secco con tutti i disagi che potete immaginare.
A questo punto arriva il brillante che dice “be’, io con l’auto elettrica non ò problemi, gne gne gne” e tutte le fangirl delle auto elettriche squirtano in coro.

Tu leggi queste cose e ti chiedi se sono davvero cretini o se lo fanno apposta. Perché una persona con un briciolo di competenza tecnica non farebbe mai un sistema tanto sciocco.

Innanzitutto, la carenza di carburanti alle pompe di benzina è dovuta a motivi che non sono tecnici. Manca perché c’è uno sciopero, uno sciopero che ànno fatto i lavoratori del settore “trasporto di carburanti” e che non ànno fatto i lavoratori del settore “trasporto di energia elettrica“. Quei lavoratori ànno intenzionalmente interrotto la distribuzione di carburanti. Se domani chi gestisce la rete di trasmissione nazionale fa lo stesso la rete elettrica cade in tre minuti. Non succede perché la legge non consente a chi gestisce la rete di interromperla per rivendicazione sindacale, mentre consente a chi trasporta carburanti di fare sciopero (fino a quando non l’esercito non requisisce le autocisterne). Si tratta dunque di una differenza di condizioni dettata dalla politica.
Se la politica mettesse tutti sullo stesso piano ci accorgeremmo che la rete elettrica è molto più vulnerabile.

Questo per un motivo molto semplice: l’accumulo di energia sotto forma di carburante è molto, molto più semplice dell’accumulo di energia sotto forma di elettricità.
Innanzitutto per una questione di densità energetica. La benzina contiene 46.7 MJ/kg, mentre una batteria agli ioni di litio nella migliore delle ipotesi 0.8 MJ/kg. Valori simili per tutti gli altri carburanti. Il diesel 45.6 MJ/kg, il GPL 49.6 MJ/kg, il metano 55.6 MJ/kg e così via.

Poi bisogna vedere come la usi questa energia: se la usi per un motore a combustione interna c’è da considerare il rendimento, quindi per un motore diesel potete dividere per tre la densità energetica per tener conto di un rendimento al 35% (sì, ài quella energia sotto forma di diesel ma non la sfrutti tutta, quindi è come se ne ài meno) mentre se quell’energia è usata per il riscaldamento arrivi al 90% di rendimento. In ogni caso è sempre un ordine di grandezza in più di quanto puoi accumulare con una batteria a ioni di litio.

Non è però questo il motivo principali per cui è più difficile stoccare in energia elettrica riespetto ai carburanti. Il problema maggiore è il modo in cui l’energia viene accumulata.
Nel caso di una batteria agli ioni di litio ti serve una batteria, appunto, nel caso di un carburante come la benzina o il gasolio ti serve un contenitore, punto.

Oh certo, un contenitore che sia sicuro, ma pur sempre un contenitore. Di tecnologia in una cisterna per il gasolio non c’è quasi nulla.
Per esempio, prendete questa cisterna per il gasolio da 9 mila litri. Costa 2.400 euro più iva, quindi circa 2.900 euro. Il gasolio contiene 38,6 MJ/l, quindi in questa cisterna ci stanno 347.400 MJ.
Stoccare gasolio in questa cisterna ti costra dunque 0,8 centesimi di euro al MJ.

Per quanto riguarda le batterie agli ioni di litio, se considerate pure un futuro prezzo di 100 dollari per kWh (raggiungibile fra cinque anni) avete 90 euro al kWh, ossia 25 euro al MJ. Poi c’è anche l’iva, ma chi se ne frega. Sono 25 euro contro 0,8 centesimi di euro al MJ.

Accumulare energia sotto forma di elettricità costa 3500 volte di più rispetto ad accumularla sotto forma di carburante. E considero i prezzi futuri delle batterie, altrimenti arrivano i soliti a dirti che i prezzi delle batterie calanoooooohhhh1!!!11!!11!

Se anche vi dimenticate della densità energetica basta questo dato per capire che accumulare energia sotto forma di carburante è migliaia di volte più semplice rispetto ad accumulare energia sotto forma di elettricità. Per un semplice motivo: per accumulare carburante serve solo un contenitore dove metterlo dentro. Niente di più semplice.

Ovviamente le batterie non sono l’unico metodo per immagazzinare l’energia elettrica, ci sono le stazioni di pompaggio. Prendete questa, la più grande del mondo. Può immagazzinare 24,000 MWh cioè 86,400,000 MJ. Per costruirla sono stati necessari 1,6 miliardi di dollari, ossia 1,44 miliardi di euro. Ora, se non mi perdo qualche zero per strada sono circa 17 euro al MJ.
In questo caso il costo può cambiare sensibilmente a seconda del tipo di strutture che devi costruire, che possono essere molto diverse a seconda della conformazione del territorio che ài a disposizione. Ma insomma, il costo è sempre in quell’ordine di grandezza, qualche decina di euro al MJ, migliaia di volte in più del costo di un contenitore per accumulare carburante.

Per questo accumulare energia sotto forma di carburante è estremamente più conveniente che accumularla sotto forma di energia. Ed è per questo che la rete elettrica è molto vulnerabile.
Non abbiamo nessun problema a immagazzinare quantità enormi di carburanti che ci consentirebbero di andare avanti per lunghi periodo anche se si interrompessero forniture (come è successo in più occasioni, tra l’altro). Se invece viene a mancare potenza sulla rete elettrica questa crolla molto velocemente (se non siete capaci di isolare la parte di rete con carenza).

E qui vedete un problema ulteriore della rete elettrica. Se c’è una carenza di potenza c’è il rischio che cada tutta la rete lasciando tutto il paese a secco. Se invece c’è una carenza di carburanti nell’oltrepò pavese perché gli agricoltori hanno bloccato le autocisterne sulla provinciale gli automobilisti di Varese continuano a fare benzina come se nulla fosse.
Una carenza di energia da una parte del sistema non influenza il sistema a centinaia di km di distanza. Sono sistema pressoché indipendenti, mentre per la rete elettrica sono strettamente connessi e questo rende il sistema più vulnerabile perché un problema di uno è un problema per tutti.

Poi se volete continuate a sgrillettarvi selvaggiamente davanti alla rete elettrica. Cazzo devo dirvi.

4 Comments

  1. Itwings said:

    Ricordiamoci cosa successe il 28 settembre 2003.

    17 Agosto 2019
  2. Emanuele said:

    Ti chiedo una cosa che non c’entra tanto col discorso ma è una curiosità che ho da quando ci fu il famoso black out del 2003.
    Non si potrebbe dividere la rete di distribuzione in tante sezioni in modo da isolare al volo quella in cui c’è un incidente?
    O magari è già così però qualcosa non ha funzionato al momento giusto?

    p.s. sono assolutamente ignorante in materia ma da quello che ho visto in trasmissioni tv gestire una rete di distribuzione è un vero casino. E se lo è oggi con tutti i computer che ci sono figuriamoci una volta.

    17 Agosto 2019
    • mattia said:

      Non si potrebbe dividere la rete di distribuzione in tante sezioni in modo da isolare al volo quella in cui c’è un incidente?
      O magari è già così però qualcosa non ha funzionato al momento giusto?

      Innanzitutto, le reti di trasmissione e distribuzione devono essere magliate e interconnesse perché ciò normalmente consente di gestire meglio la rete. Purtroppo non è semplice da spiegare, ma immaginati un sistema dove devi regolare tensione e frequenza della rete a ogni nodo in modo che sia il più uniforme possibile. Per farlo devi iniettare potenza attiva (per regolare la frequenza) e reattiva (per regolare la tensione) ad ogni nodo con valori diversi a seconda delle esigenze della rete. Ciò, semplificando molto, significa che in generale non c’è una direzione predestinata per la potenza in una linea. Delle volte la potenza va in una direzione, un’altra volta nella direzione opposta. C’è un “flusso di potenza” che gira in modo diverso ogni istante per fare in modo che la potenza arrivi là dove serve.
      Una rete magliata, in altre parole ti consente di distribuire meglio la potenza facendola andare là dove serve a seconda delle esigenze.
      Se c’è una carenza di potenza da una parte tu puoi cercare una soluzione al sistema cercando di mandare più potenza in quella zona, ma non sempre riesci. Se non ce la fai devi isolare quella zona per evitare che la carenza di potenza si diffonda e tiri giù tutta la rete.
      Questo non sempre è possibile.
      Immaginati la carenza di potenza come un virus che si diffonde. Manca potenza, da dove la prendo? Dalle macchine rotanti delle centrali che ànno un’energia cinetica. Queste rallentano e dànno la propria energia alla rete. Ma se rallentano poi la frequenza diventa troppo bassa e bisogna staccarle dala rete, così che avrai un’ulteriore perdita di potenza. A quel punto il deficit di potenza aumenta e altre macchine rallentano per dare energia alla rete, finché non dovrai staccare anche quelle aumentando ancora di più il deficit di potenza e così via…
      Tu devi riuscire a isolare questo meccanismo a catena affinché il deficit di enegia non si diffonda facendo fermare il generatori. Devi isolare l’area dove c’è un deficit di energia non recuperabile lasciando l’altra area da sola dove riesci a compensare il deficit di energia e tenere la rete in equilibrio: è quello che fanno, ma purtroppo non sempre riesci.

      19 Agosto 2019
  3. brain_use said:

    Sono considerazioni note ma sempre interessanti.
    Recentemente, mi sembra che ci si stia muovendo in maniera decisa anche nei confronti dei carburanti sintetici che, fra l’altro, avrebbero il pregio di non necessitare di nuove infrastrutture. Si potrebbe ipotizzare un futuro a metà fra trazione elettrica e carburanti sintetici, man mano che il petrolio disponibile in natura andrà riducendosi?

    18 Agosto 2019

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