Accumulo di energia

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Accumulo di energia

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La seguente lista include una varietà di tipi di accumulo di energia:

MeccanicoEdit

L’energia può essere immagazzinata in acqua pompata ad un’altezza superiore usando metodi di stoccaggio con pompa o spostando materia solida in luoghi più alti (batterie a gravità). Altri metodi meccanici commerciali includono la compressione dell’aria e i volani che convertono l’energia elettrica in energia interna o energia cinetica e poi di nuovo quando la domanda elettrica raggiunge i picchi.

IdroelettricitàEdit

Le dighe idroelettriche con serbatoi possono essere azionate per fornire elettricità nei momenti di massima richiesta. L’acqua viene immagazzinata nel serbatoio durante i periodi di bassa domanda e rilasciata quando la domanda è alta. L’effetto netto è simile all’immagazzinamento con pompaggio, ma senza la perdita di pompaggio.

Mentre una diga idroelettrica non immagazzina direttamente energia da altre unità di generazione, si comporta in modo equivalente abbassando la produzione nei periodi di eccesso di elettricità da altre fonti. In questo modo, le dighe sono una delle forme più efficienti di immagazzinamento di energia, perché cambia solo il tempo della sua generazione. Le turbine idroelettriche hanno un tempo di avvio dell’ordine di pochi minuti.

Idroelettrico pompatoModifica

Il Sir Adam Beck Generating Complex a Niagara Falls, Canada, che include un grande bacino idroelettrico ad accumulo pompato per fornire 174 MW extra di elettricità nei periodi di picco della domanda.

In tutto il mondo, l’idroelettricità a pompaggio (PSH) è la più grande forma di capacità di stoccaggio attivo di energia disponibile, e, a partire da marzo 2012, l’Electric Power Research Institute (EPRI) riferisce che PSH rappresenta più del 99% della capacità di stoccaggio di massa in tutto il mondo, rappresentando circa 127.000 MW. L’efficienza energetica del PSH varia in pratica tra il 70% e l’80%, con affermazioni fino all’87%.

In tempi di bassa domanda elettrica, la capacità di generazione in eccesso viene utilizzata per pompare l’acqua da una fonte inferiore in un serbatoio superiore. Quando la domanda cresce, l’acqua viene rilasciata nuovamente in un serbatoio inferiore (o in un corso d’acqua o in un corpo d’acqua) attraverso una turbina, generando elettricità. I gruppi turbina-generatore reversibili fungono sia da pompa che da turbina (di solito una turbina Francis). Quasi tutti gli impianti utilizzano la differenza di altezza tra due corpi idrici. Gli impianti di pompaggio puro spostano l’acqua tra i serbatoi, mentre l’approccio “pump-back” è una combinazione di impianti di pompaggio e di impianti idroelettrici convenzionali che utilizzano il flusso naturale del fiume.

Aria compressaModifica

Una locomotiva ad aria compressa usata all’interno di una miniera tra il 1928 e il 1961.

L’accumulo di energia ad aria compressa (CAES) utilizza l’energia in eccesso per comprimere l’aria per la successiva generazione di elettricità. Sistemi su piccola scala sono stati usati a lungo in applicazioni come la propulsione delle locomotive da miniera. L’aria compressa viene immagazzinata in un serbatoio sotterraneo, come una cupola di sale.

Gli impianti di stoccaggio dell’energia ad aria compressa (CAES) possono colmare il divario tra la volatilità della produzione e il carico. L’immagazzinamento CAES risponde alle esigenze energetiche dei consumatori fornendo efficacemente energia prontamente disponibile per soddisfare la domanda. Le fonti di energia rinnovabile come il vento e l’energia solare variano. Quindi, nei momenti in cui forniscono poca energia, devono essere integrate con altre forme di energia per soddisfare la domanda di energia. Gli impianti di stoccaggio dell’energia ad aria compressa possono prendere il surplus di energia prodotta dalle fonti di energia rinnovabile durante i periodi di sovrapproduzione di energia. Questa energia immagazzinata può essere usata in un momento successivo, quando la domanda di elettricità aumenta o la disponibilità di risorse energetiche diminuisce.

La compressione dell’aria crea calore; l’aria è più calda dopo la compressione. L’espansione richiede calore. Se non viene aggiunto ulteriore calore, l’aria sarà molto più fredda dopo l’espansione. Se il calore generato durante la compressione può essere immagazzinato e utilizzato durante l’espansione, l’efficienza migliora notevolmente. Un sistema CAES può gestire il calore in tre modi. Lo stoccaggio dell’aria può essere adiabatico, diabatico o isotermico. Un altro approccio usa l’aria compressa per alimentare i veicoli.

VolanoModifica

I componenti principali di un tipico volano.

Un volano Flybrid Kinetic Energy Recovery System. Costruito per l’uso su auto da corsa di Formula 1, è impiegato per recuperare e riutilizzare l’energia cinetica catturata durante la frenata.

Flywheel energy storage (FES) funziona accelerando un rotore (un volano) ad una velocità molto alta, trattenendo l’energia come energia di rotazione. Quando si aggiunge energia, la velocità di rotazione del volano aumenta, e quando l’energia viene estratta, la velocità diminuisce, a causa della conservazione dell’energia.

La maggior parte dei sistemi FES usa l’elettricità per accelerare e decelerare il volano, ma sono allo studio dispositivi che usano direttamente l’energia meccanica.

I sistemi FES hanno rotori fatti di compositi in fibra di carbonio ad alta resistenza, sospesi da cuscinetti magnetici e che girano a velocità da 20.000 a oltre 50.000 giri al minuto (rpm) in un contenitore sotto vuoto. Tali volani possono raggiungere la velocità massima (“carica”) in pochi minuti. Il sistema a volano è collegato a una combinazione di motore elettrico/generatore.

I sistemi FES hanno una vita relativamente lunga (durano decenni con poca o nessuna manutenzione; le durate a ciclo completo citate per i volani vanno da oltre 105, fino a 107, cicli di utilizzo), alta energia specifica (100-130 W-h/kg, o 360-500 kJ/kg) e densità di potenza.

Massa solida gravitazionale Modifica

La modifica dell’altitudine delle masse solide può immagazzinare o rilasciare energia attraverso un sistema di elevazione guidato da un motore elettrico/generatore. Gli studi suggeriscono che l’energia può iniziare ad essere rilasciata con un preavviso di appena 1 secondo, rendendo il metodo un’utile alimentazione supplementare in una rete elettrica per bilanciare i picchi di carico.

Le efficienze possono raggiungere l’85% di recupero dell’energia immagazzinata.

Questo può essere ottenuto posizionando le masse all’interno di vecchi pozzi verticali di miniera o in torri appositamente costruite dove i pesi pesanti vengono tirati su per immagazzinare energia e permettono una discesa controllata per rilasciarla. Al 2020 un prototipo di deposito verticale è in costruzione a Edimburgo, in Scozia

L’accumulo di energia potenziale o di energia gravitazionale era in fase di sviluppo attivo nel 2013 in associazione con il California Independent System Operator. Ha esaminato il movimento di vagoni ferroviari a tramoggia riempiti di terra, guidati da locomotive elettriche, da quote più basse a quote più alte.

Altri metodi proposti includono:-

• utilizzando rotaie e gru per spostare pesi di cemento su e giù;
• utilizzando piattaforme di palloni a energia solare ad alta quota che supportano argani per sollevare e abbassare masse solide sospese sotto di loro,
• utilizzando argani supportati da una chiatta oceanica per sfruttare una differenza di elevazione di 4 km (13.000 piedi) tra la superficie del mare e il fondo del mare,

Torre di accumulo per teleriscaldamento di Theiss vicino a Krems an der Donau in Bassa Austria con una capacità termica di 2 GWh

ThermalEdit

L’accumulo di energia termica (TES) è lo stoccaggio temporaneo o la rimozione del calore.

Il calore sensibile termicoEdit

L’accumulo di calore sensibile sfrutta il calore sensibile in un materiale per immagazzinare energia.

L’accumulo stagionale di energia termica (STES) permette di utilizzare il calore o il freddo mesi dopo che è stato raccolto da energia di scarto o da fonti naturali. Il materiale può essere immagazzinato in acquiferi contenuti, gruppi di fori di trivellazione in substrati geologici come sabbia o bedrock cristallino, in pozzi rivestiti riempiti di ghiaia e acqua, o miniere piene d’acqua. I progetti di immagazzinamento stagionale dell’energia termica (STES) hanno spesso un ritorno economico da quattro a sei anni. Un esempio è la Drake Landing Solar Community in Canada, per la quale il 97% del calore per tutto l’anno è fornito da collettori solari termici sui tetti dei garage, con un accumulatore di energia termica di pozzo (BTES) come tecnologia abilitante. A Braedstrup, in Danimarca, il sistema di teleriscaldamento solare della comunità usa anche STES, a una temperatura di 65 °C (149 °F). Una pompa di calore, che funziona solo quando c’è un surplus di energia eolica disponibile sulla rete nazionale, è usata per aumentare la temperatura a 80 °C (176 °F) per la distribuzione. Quando l’eccedenza di elettricità generata dal vento non è disponibile, viene usata una caldaia a gas. Il 20% del calore di Braedstrup è solare.

Calore latente termico (LHTES)Edit

I sistemi di accumulo di energia termica a calore latente funzionano trasferendo calore a o da un materiale per cambiarne la fase. Un cambiamento di fase è la fusione, la solidificazione, la vaporizzazione o la liquefazione. Tale materiale è chiamato materiale a cambiamento di fase (PCM). I materiali usati negli LHTES hanno spesso un alto calore latente così che alla loro temperatura specifica, il cambiamento di fase assorbe una grande quantità di energia, molto più del calore sensibile.

Un accumulatore di vapore è un tipo di LHTES dove il cambiamento di fase è tra liquido e gas e usa il calore latente di vaporizzazione dell’acqua. I sistemi di climatizzazione ad accumulo di ghiaccio usano l’elettricità fuori dalle ore di punta per immagazzinare il freddo congelando l’acqua in ghiaccio. Il freddo immagazzinato nel ghiaccio viene rilasciato durante il processo di fusione e può essere utilizzato per il raffreddamento nelle ore di punta.

Accumulo di energia termica criogenicaModifica

Vedi l’articolo principale Accumulo di energia criogenica

L’aria può essere liquefatta dal raffreddamento utilizzando l’elettricità e conservata come criogeno con le tecnologie esistenti. L’aria liquida può poi essere espansa attraverso una turbina e l’energia recuperata come elettricità. Il sistema è stato dimostrato in un impianto pilota nel Regno Unito nel 2012.Nel 2019, Highview ha annunciato piani per costruire un 50 MW nel nord dell’Inghilterra e nel nord del Vermont, con la struttura proposta in grado di immagazzinare da cinque a otto ore di energia, per una capacità di stoccaggio di 250-400 MWh.

Batteria di CarnotModifica

Vedi articolo principale Batteria di Carnot

L’energia elettrica può essere immagazzinata in accumulatori di calore tramite riscaldamento resistivo o pompe di calore, e il calore immagazzinato può essere riconvertito in elettricità tramite ciclo Rankine o ciclo Brayton.Questa tecnologia è stata studiata per adattare le ex centrali a carbone in sistemi di generazione senza combustibili fossili. Le caldaie a carbone sono rimpiazzate da accumulatori di calore ad alta temperatura che sono caricati dall’elettricità in eccesso da fonti di energia rinnovabili variabili.Nel 2020, il Centro Aerospaziale Tedesco inizia a costruire il primo sistema di batterie Carnot su larga scala al mondo, che ha una capacità di stoccaggio di 1.000 MWh.

ElettrochimicaModifica

Batteria ricaricabileModifica

Un banco di batterie ricaricabili utilizzato come gruppo di continuità in un data center

Una batteria ricaricabile comprende una o più celle elettrochimiche. È conosciuta come una “cella secondaria” perché le sue reazioni elettrochimiche sono elettricamente reversibili. Le batterie ricaricabili sono disponibili in molte forme e dimensioni, che vanno dalle celle a bottone ai sistemi di rete da megawatt.

Le batterie ricaricabili hanno un costo totale d’uso e un impatto ambientale inferiori rispetto alle batterie non ricaricabili (usa e getta). Alcuni tipi di batterie ricaricabili sono disponibili negli stessi fattori di forma delle batterie usa e getta. Le batterie ricaricabili hanno un costo iniziale più alto, ma possono essere ricaricate molto a buon mercato e usate molte volte.

Le batterie ricaricabili più comuni includono:

• Batterie al piombo: Le batterie al piombo detengono la più grande quota di mercato dei prodotti di stoccaggio elettrico. Una singola cella produce circa 2V quando viene caricata. Nello stato di carica l’elettrodo negativo di piombo metallico e l’elettrodo positivo di solfato di piombo sono immersi in un elettrolita di acido solforico diluito (H2SO4). Nel processo di scarica gli elettroni sono spinti fuori dalla cella mentre il solfato di piombo si forma all’elettrodo negativo, mentre l’elettrolita si riduce ad acqua.

• La tecnologia delle batterie piombo-acido è stata sviluppata ampiamente. La manutenzione richiede un lavoro minimo e il suo costo è basso. La capacità di energia disponibile della batteria è soggetta a una rapida scarica con conseguente bassa durata di vita e bassa densità di energia.

• Batteria al nichel-cadmio (NiCd): Utilizza l’idrossido di ossido di nichel e il cadmio metallico come elettrodi. Il cadmio è un elemento tossico, ed è stato vietato per la maggior parte degli usi dall’Unione europea nel 2004. Le batterie nichel-cadmio sono state quasi completamente sostituite dalle batterie nichel-metallo idruro (NiMH).
• Batteria nichel-metallo idruro (NiMH): I primi tipi commerciali erano disponibili nel 1989. Queste sono ora un tipo comune di consumo e industriale. La batteria ha una lega che assorbe l’idrogeno per l’elettrodo negativo invece del cadmio.
• Batteria agli ioni di litio: La scelta in molti elettronica di consumo e hanno uno dei migliori rapporti energia-massa e un autoscarica molto lento quando non in uso.
• Batteria ai polimeri di litio: Queste batterie sono leggere e possono essere realizzate in qualsiasi forma desiderata.

Batteria a flussoModifica

Una batteria a flusso funziona facendo passare una soluzione su una membrana dove gli ioni sono scambiati per caricare o scaricare la cella. La tensione della cella è chimicamente determinata dall’equazione di Nernst e varia, nelle applicazioni pratiche, da 1,0 V a 2,2 V. La capacità di stoccaggio dipende dal volume della soluzione. Una batteria a flusso è tecnicamente simile sia a una cella a combustibile che a una cella di accumulo elettrochimico. Le applicazioni commerciali sono per l’immagazzinamento di lunghi semicicicli come l’alimentazione di rete di backup.

SupercapacitorEdit

Uno di una flotta di capabus elettrici alimentati da supercapacitori, in una stazione di ricarica rapida, in servizio durante l’Expo 2010 Shanghai Cina. I binari di ricarica possono essere visti sospesi sopra l’autobus.

I supercapacitori, chiamati anche condensatori elettrici a doppio strato (EDLC) o ultracapacitori, sono una famiglia di condensatori elettrochimici che non hanno dielettrico solido convenzionale. La capacità è determinata da due principi di stoccaggio, la capacità a doppio strato e la pseudocapacità.

I supercondensatori colmano il divario tra i condensatori convenzionali e le batterie ricaricabili. Immagazzinano la maggior parte dell’energia per unità di volume o di massa (densità di energia) tra i condensatori. Supportano fino a 10.000 farad/1,2 Volt, fino a 10.000 volte quello dei condensatori elettrolitici, ma forniscono o accettano meno della metà della potenza per unità di tempo (densità di potenza).

Mentre i supercondensatori hanno energia specifica e densità di energia che sono circa il 10% delle batterie, la loro densità di potenza è generalmente da 10 a 100 volte maggiore. Questo si traduce in cicli di carica/scarica molto più brevi. Inoltre, tollerano molti più cicli di carica/scarica delle batterie.

I supercondensatori hanno molte applicazioni, tra cui:

• Bassa corrente di alimentazione per il backup della memoria nella memoria statica ad accesso casuale (SRAM)
• Potenza per auto, autobus, treni, gru e ascensori, compreso il recupero di energia dalla frenata, l’immagazzinamento di energia a breve termine e la fornitura di potenza in modalità burst

Altri prodotti chimiciModifica

Alimentazione a gasModifica

Power to gas è la conversione dell’elettricità in un combustibile gassoso come l’idrogeno o il metano. I tre metodi commerciali usano l’elettricità per ridurre l’acqua in idrogeno e ossigeno per mezzo dell’elettrolisi.

Nel primo metodo, l’idrogeno è iniettato nella rete del gas naturale o è usato per il trasporto. Il secondo metodo consiste nel combinare l’idrogeno con l’anidride carbonica per produrre metano utilizzando una reazione di metanazione come quella di Sabatier, o una metanazione biologica, che comporta una perdita di conversione energetica supplementare dell’8%. Il metano può poi essere immesso nella rete del gas naturale. Il terzo metodo utilizza il gas di uscita di un generatore di gas di legno o di un impianto di biogas, dopo che il biogas upgrader è stato miscelato con l’idrogeno dell’elettrolizzatore, per migliorare la qualità del biogas.

HydrogenEdit

L’elemento idrogeno può essere una forma di energia immagazzinata. L’idrogeno può produrre elettricità attraverso una cella a combustibile a idrogeno.

A penetrazioni inferiori al 20% della domanda di rete, le rinnovabili non cambiano pesantemente l’economia; ma oltre il 20% circa della domanda totale, lo stoccaggio esterno diventa importante. Se queste fonti sono utilizzate per produrre idrogeno ionico, possono essere liberamente espanse. Un programma pilota di 5 anni basato sulla comunità che utilizza turbine eoliche e generatori di idrogeno è iniziato nel 2007 nella remota comunità di Ramea, Newfoundland e Labrador. Un progetto simile è iniziato nel 2004 a Utsira, una piccola isola norvegese.

Le perdite energetiche coinvolte nel ciclo di stoccaggio dell’idrogeno provengono dall’elettrolisi dell’acqua, dalla liquefazione o compressione dell’idrogeno e dalla conversione in elettricità.

Circa 50 kW-h (180 MJ) di energia solare sono necessari per produrre un chilo di idrogeno, quindi il costo dell’elettricità è cruciale. A 0,03 $/kWh, una tariffa comune per le linee ad alta tensione fuori stagione negli Stati Uniti, l’idrogeno costa 1,50 $ per chilogrammo per l’elettricità, equivalente a 1,50 $/gallone di benzina. Altri costi includono l’impianto di elettrolizzazione, i compressori o la liquefazione dell’idrogeno, lo stoccaggio e il trasporto.

L’idrogeno può anche essere prodotto da alluminio e acqua spogliando la barriera di ossido di alluminio presente naturalmente nell’alluminio e introducendolo nell’acqua. Questo metodo è vantaggioso perché le lattine di alluminio riciclate possono essere usate per generare idrogeno, tuttavia i sistemi per sfruttare questa opzione non sono stati sviluppati commercialmente e sono molto più complessi dei sistemi di elettrolisi. I metodi comuni per rimuovere lo strato di ossido includono catalizzatori caustici come l’idrossido di sodio e leghe con gallio, mercurio e altri metalli.

Lo stoccaggio sotterraneo dell’idrogeno è la pratica dello stoccaggio dell’idrogeno in caverne, cupole di sale e campi di petrolio e gas esauriti. Grandi quantità di idrogeno gassoso sono state immagazzinate in caverne da Imperial Chemical Industries per molti anni senza alcuna difficoltà. Il progetto europeo Hyunder ha indicato nel 2013 che lo stoccaggio di energia eolica e solare utilizzando idrogeno sotterraneo richiederebbe 85 caverne.

Powerpaste è un gel fluido a base di magnesio e idrogeno che rilascia idrogeno quando reagisce con l’acqua. È stato inventato, brevettato e sviluppato dall’Istituto Fraunhofer per le tecnologie di produzione e i materiali avanzati (IFAM) della Fraunhofer-Gesellschaft. Powerpaste è fatto combinando polvere di magnesio con idrogeno per formare idruro di magnesio in un processo condotto a 350 °C e cinque-sei volte la pressione atmosferica. Un estere e un sale metallico vengono poi aggiunti per ottenere il prodotto finito. Fraunhofer afferma che stanno costruendo un impianto di produzione che dovrebbe iniziare nel 2021, che produrrà 4 tonnellate di Powerpaste all’anno. Fraunhofer ha brevettato la sua invenzione negli USA e nell’UE. Fraunhofer sostiene che Powerpaste è in grado di immagazzinare l’energia dell’idrogeno a 10 volte la densità di energia di una batteria al litio di dimensioni simili ed è sicuro e conveniente per situazioni automobilistiche.

MetanoModifica

Il metano è l’idrocarburo più semplice con la formula molecolare CH4. Il metano è più facilmente immagazzinato e trasportato dell’idrogeno. Le infrastrutture di stoccaggio e di combustione (gasdotti, gasometri, centrali elettriche) sono mature.

Il gas naturale sintetico (syngas o SNG) può essere creato in un processo a più fasi, iniziando con idrogeno e ossigeno. L’idrogeno viene poi fatto reagire con l’anidride carbonica in un processo Sabatier, producendo metano e acqua. Il metano può essere immagazzinato e successivamente utilizzato per produrre elettricità. L’acqua risultante viene riciclata, riducendo il bisogno di acqua. Nella fase di elettrolisi, l’ossigeno viene immagazzinato per la combustione del metano in un ambiente di ossigeno puro in una centrale elettrica adiacente, eliminando gli ossidi di azoto.

La combustione del metano produce anidride carbonica (CO2) e acqua. L’anidride carbonica può essere riciclata per potenziare il processo Sabatier e l’acqua può essere riciclata per un’ulteriore elettrolisi. La produzione, lo stoccaggio e la combustione del metano riciclano i prodotti di reazione.

La CO2 ha un valore economico come componente di un vettore di stoccaggio dell’energia, non un costo come nella cattura e stoccaggio del carbonio.

Power to liquidModifica

Power to liquid è simile a power to gas tranne che l’idrogeno viene convertito in liquidi come metanolo o ammoniaca. Questi sono più facili da maneggiare dei gas e richiedono meno precauzioni di sicurezza dell’idrogeno. Possono essere utilizzati per il trasporto, compresi gli aerei, ma anche per scopi industriali o nel settore energetico.

BiocarburantiModifica

Vari biocarburanti come il biodiesel, l’olio vegetale, i carburanti alcolici o la biomassa possono sostituire i carburanti fossili. Vari processi chimici possono convertire il carbonio e l’idrogeno nel carbone, nel gas naturale, nella biomassa vegetale e animale e nei rifiuti organici in idrocarburi corti adatti a sostituire i carburanti idrocarburici esistenti. Esempi sono il diesel Fischer-Tropsch, il metanolo, l’etere dimetilico e il syngas. Questa fonte di diesel fu usata ampiamente nella seconda guerra mondiale in Germania, che aveva un accesso limitato alle forniture di petrolio greggio. Il Sudafrica produce la maggior parte del diesel del paese dal carbone per ragioni simili. Un prezzo del petrolio a lungo termine sopra i 35 dollari al barile potrebbe rendere questi combustibili liquidi sintetici su larga scala economici.

AlluminioModifica

L’alluminio è stato proposto come riserva di energia da un certo numero di ricercatori. Il suo equivalente elettrochimico (8,04 Ah/cm3) è quasi quattro volte superiore a quello del litio (2,06 Ah/cm3). L’energia può essere estratta dall’alluminio facendolo reagire con l’acqua per generare idrogeno. Tuttavia, deve prima essere spogliato del suo strato di ossido naturale, un processo che richiede polverizzazione, reazioni chimiche con sostanze caustiche o leghe. Il sottoprodotto della reazione per creare idrogeno è l’ossido di alluminio, che può essere riciclato in alluminio con il processo di Hall-Héroult, rendendo la reazione teoricamente rinnovabile. Se il processo di Hall-Heroult viene eseguito usando l’energia solare o eolica, l’alluminio potrebbe essere usato per immagazzinare l’energia prodotta con un’efficienza maggiore rispetto all’elettrolisi solare diretta.

Boro, silicio e zincoModifica

Boro, silicio e zinco sono stati proposti come soluzioni di immagazzinamento dell’energia.

Altre sostanze chimicheModifica

Il composto organico norbornadiene si trasforma in quadriciclano all’esposizione alla luce, immagazzinando l’energia solare come energia dei legami chimici. Un sistema funzionante è stato sviluppato in Svezia come sistema solare termico molecolare.

Metodi elettriciModifica

CondensatoreModifica

Questo condensatore a film di mylar, riempito di olio, ha un’induttanza molto bassa e una bassa resistenza, per fornire l’alta potenza (70 megawatt) e la velocità molto alta (1.2 microsecondi) necessarie per far funzionare un laser a coloranti.

Un condensatore (originariamente noto come “condensatore”) è un componente elettrico passivo a due terminali usato per immagazzinare energia elettrostaticamente. I condensatori pratici variano ampiamente, ma tutti contengono almeno due conduttori elettrici (piastre) separati da un dielettrico (cioè un isolante). Un condensatore può immagazzinare energia elettrica quando è disconnesso dal suo circuito di carica, quindi può essere usato come una batteria temporanea, o come altri tipi di sistema di immagazzinamento di energia ricaricabile. I condensatori sono comunemente usati nei dispositivi elettronici per mantenere l’alimentazione mentre le batterie cambiano. (I condensatori convenzionali forniscono meno di 360 joule per chilogrammo, mentre una batteria alcalina convenzionale ha una densità di 590 kJ/kg.

I condensatori immagazzinano energia in un campo elettrostatico tra le loro piastre. Data una differenza di potenziale tra i conduttori (ad esempio, quando un condensatore è collegato attraverso una batteria), un campo elettrico si sviluppa attraverso il dielettrico, causando una carica positiva (+Q) per raccogliere su una piastra e carica negativa (-Q) per raccogliere sull’altra piastra. Se una batteria è attaccata ad un condensatore per un tempo sufficiente, nessuna corrente può fluire attraverso il condensatore. Tuttavia, se una tensione accelerante o alternata viene applicata attraverso i conduttori del condensatore, una corrente di spostamento può fluire. Oltre alle piastre del condensatore, la carica può anche essere immagazzinata in uno strato dielettrico.

La capacità è maggiore se la separazione tra i conduttori è più stretta e se i conduttori hanno una superficie maggiore. In pratica, il dielettrico tra le piastre emette una piccola quantità di corrente di dispersione e ha un limite di intensità del campo elettrico, noto come tensione di breakdown. Tuttavia, l’effetto di recupero di un dielettrico dopo una rottura ad alta tensione è promettente per una nuova generazione di condensatori autorigeneranti. I conduttori e i cavi introducono induttanza e resistenza indesiderate.

La ricerca sta valutando gli effetti quantistici dei condensatori in nanoscala per le batterie digitali quantistiche.

Magnetica superconduttivaModifica

I sistemi di accumulo di energia magnetica superconduttiva (SMES) immagazzinano energia in un campo magnetico creato dal flusso di corrente continua in una bobina superconduttiva che è stata raffreddata ad una temperatura inferiore alla sua temperatura critica superconduttiva. Un tipico sistema SMES include una bobina superconduttiva, un sistema di condizionamento dell’energia e un frigorifero. Una volta che la bobina superconduttiva è carica, la corrente non decade e l’energia magnetica può essere immagazzinata indefinitamente.

L’energia immagazzinata può essere rilasciata alla rete scaricando la bobina. L’inverter/raddrizzatore associato rappresenta circa il 2-3% di perdita di energia in ogni direzione. SMES perde la minor quantità di elettricità nel processo di immagazzinamento dell’energia rispetto ad altri metodi di immagazzinamento dell’energia. I sistemi SMES offrono un’efficienza round-trip superiore al 95%.

A causa dei requisiti energetici della refrigerazione e del costo del filo superconduttore, SMES è utilizzato per lo stoccaggio di breve durata, come il miglioramento della qualità dell’alimentazione. Ha anche applicazioni nel bilanciamento della rete.