Nel 1880, una turbina alimentata ad acqua generò la sua prima scintilla di elettricità. Ha alimentato un teatro e un negozio a Grand Rapids, nel Michigan. Nel 1893, la prima centrale idroelettrica commerciale era operativa a Redlands, in California. E secondo il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE), nel 2022, l’energia idroelettrica rappresentava oltre il 28% di tutta la produzione di elettricità rinnovabile negli Stati Uniti.
Inutile dire che l’energia idroelettrica non è una novità. In effetti, la coerenza, la flessibilità e la dispacciabilità dell’energia idroelettrica (ne parleremo più avanti) l’hanno già resa essenziale per la rete e per la nostra transizione verso l’energia pulita.
L’isola virtuale Renewable Energy Discovery (REDi), una risorsa educativa sviluppata dal team di energia idrica del National Renewable Energy Laboratory (NREL) e dall’agenzia di progettazione IKM 3D e finanziata dal Water Power Technologies Office (WPTO) del DOE, mette in mostra tutti i tipi di energia marina e tecnologie idroelettriche in azione: tecnologie che vengono sviluppate e perfezionate proprio qui al NREL.
I ricercatori dell’NREL stanno lavorando per ottimizzare le operazioni idroelettriche e studiare dove collocare meglio i nuovi progetti idroelettrici, come ridurre al minimo gli impatti ambientali e come comprendere al meglio il ruolo dell’energia idroelettrica nella rete futura.
“REDi Island aiuta a semplificare le complesse tecnologie idroelettriche”, ha affermato Jennifer Daw, ricercatrice senior sull’energia idrica presso NREL. “Aiuta gli utenti a comprendere il ruolo che queste tecnologie svolgono oggi e il loro potenziale per continuare a supportare la rete in futuro”.
Immergiti in alcune delle stazioni intermedie di REDi Island per avere un quadro più chiaro della ricerca che NREL sta conducendo su queste tecnologie idroelettriche e per indagare sui diversi percorsi di carriera che l’energia idroelettrica ha da offrire.
Tracciare un percorso per la nuova energia idroelettrica mediante pompaggio
REDi Island dimostra come l’energia idroelettrica mediante pompaggio generi energia inviando l’acqua a valle, attraverso una turbina, verso un serbatoio inferiore. L’acqua viene poi pompata nuovamente a monte e immagazzinata per un uso successivo. Illustrazione da IKM 3D
Una vasta area di ricerca sull’energia idroelettrica presso NREL riguarda i sistemi idroelettrici di stoccaggio con pompaggio (PSH), come quello visto a Hydro Heights dell’isola REDi. PSH attualmente fornisce il 93% dello stoccaggio energetico su scala di rete degli Stati Uniti. I sistemi entrano in azione quando è necessaria energia sulla rete inviando l’acqua da un serbatoio a un’altitudine più elevata a uno a un’altitudine inferiore attraverso una serie di tubi, facendo girare le turbine che generano elettricità lungo il percorso. Quando la domanda di energia sulla rete è bassa, l’energia in eccesso viene utilizzata per pompare l’acqua nel serbatoio superiore per un uso successivo.
Grazie alla sua capacità unica di produrre energia su richiesta, PSH potrebbe essere un attore chiave in una rete di energia pulita, fornendo uno stoccaggio di energia che può aiutare a integrare ulteriori risorse rinnovabili, come l’eolico e il solare, con il sistema energetico. Ma lo sviluppo di un nuovo sistema PSH è un investimento sostanziale che richiede determinate caratteristiche geografiche per creare i serbatoi superiori e inferiori e una progettazione in grado di massimizzare lo stoccaggio di energia con un impatto ambientale minimo.
Questa mappa interattiva sviluppata da NREL consente agli utenti di esplorare potenziali siti idroelettrici di pompaggio negli Stati Uniti, selezionando variabili quali costo, capacità di stoccaggio dell’energia e impatto ambientale
Una nuova mappa interattiva creata dai ricercatori NREL consente agli sviluppatori e ad altri decisori di esplorare facilmente potenziali siti PSH.
Questo strumento incorpora non solo criteri ambientali ma anche dettagli tecnici, come la produzione energetica desiderata o la politica locale relativa alla diffusione delle energie rinnovabili.
“L’intenzione dello strumento è quella di identificare esplicitamente i siti che hanno un minore impatto ambientale e costi inferiori”, ha affermato Stuart Cohen, un ingegnere di modellizzazione senior del team di energia idrica del NREL che ha contribuito a sviluppare lo strumento.
La fermata Hydro Hollow sull’isola REDi mostra come le dighe convenzionali funzionano all’interno di un corso d’acqua per produrre energia quando necessario sulla rete. Illustrazione da IKM 3DT
La semplicità dello strumento lo rende utile per “chiunque sia interessato a comprendere la PSH e come può inserirsi nella griglia”, ha affermato Cohen. “Se uno sviluppatore sta cercando di sostenere un sito e il decisore non ha le competenze, può prendere in considerazione lo strumento.” (Un recente webinar condotto da Cohen dimostra le capacità dello strumento.)
Massimizzare il potenziale dell’energia idroelettrica esistente
Dalla gigantesca diga di Hoover alle centrali idroelettriche più piccole in tutto il paese, l’energia idroelettrica convenzionale fornisce elettricità alla rete da oltre un secolo. Sull’isola REDi, Hydro Hollow dimostra come l’energia idroelettrica convenzionale rilascia acqua su richiesta quando l’energia è necessaria sulla rete, facendo affidamento sul dislivello creato da una diga o da una struttura di deviazione e da un flusso costante di acqua a monte. L’acqua scorre da un lato ed esce da un punto più basso, facendo girare una turbina per produrre elettricità per la rete.
In un rapporto del 2022, “Advanced Hydropower and PSH Capacità Expansion Modeling”, Cohen e il collega ricercatore NREL Matthew Mowers hanno studiato, tra le altre cose, il vero potenziale sia del PSH che dell’energia idroelettrica convenzionale quando vengono gestiti con la massima flessibilità. La “flessibilità” dell’energia idroelettrica si riferisce alla capacità di un impianto di aumentare o diminuire la produzione di energia in base alle esigenze della rete, dopo aver considerato altri vincoli come i requisiti di flusso d’acqua, l’uso ricreativo e altri prelievi dal corpo idrico che normalmente hanno la priorità produzione di energia.
“C’è il potenziale per l’energia idroelettrica flessibile di contribuire alla rete più di quanto non faccia oggi”, ha detto Cohen, aggiungendo che il rapporto doveva servire da motivazione ai proprietari di centrali idroelettriche per esaminare modi per rendere le loro strutture più flessibili. “Lo scopo del rapporto era dimostrare che se i proprietari di energia idroelettrica potessero ottenere anche un po’ più di flessibilità nelle loro operazioni, potrebbero vedere alcuni vantaggi significativi”. Questi benefici potrebbero significare grandi guadagni per la rete, soprattutto perché molte nuove operazioni PSH nazionali e convenzionali sono ancora lontane dallo sviluppo.
Ottimizzare questa flessibilità è stato uno degli obiettivi chiave del premio American-Made Hydropower Operations Optimization (H2Os), che ha sfidato i concorrenti a creare soluzioni sofisticate per stimare la disponibilità di energia idroelettrica e elaborare le migliori pratiche di gestione dell’acqua.
Il premio, gestito dal NREL e finanziato dal WPTO, culminerà in una competizione dal vivo alla conferenza sulle correnti pulite della National Hydropower Association a Cincinnati, Ohio, questo ottobre. I team non solo competeranno per una parte del montepremi di 85.000 dollari, ma potranno anche condividere le proprie strategie con i servizi di pubblica utilità e gli operatori di rete presenti alla conferenza.
I ricercatori del NREL stanno cercando modi per amplificare il potenziale energetico delle dighe convenzionali esistenti in tutto il paese. Foto di Brent Olson, concorso Make a Splash del WPTO
Prossimamente sull’Isola REDi
REDi Island alla fine comprenderà 15 diverse stazioni di passaggio (come Hydro Heights e Hydro Hollow) che spiegano e dimostrano diversi tipi di tecnologie idroelettriche e di energia marina. All’orizzonte anche un’app interattiva, ideale per le aule, che consente agli utenti di spostarsi virtualmente da una stazione all’altra dell’isola per apprendere rapidamente di più su ciascuna tecnologia.
REDi Island è solo una parte degli sforzi educativi e di sensibilizzazione sull’energia idrica di NREL e WPTO progettati per aumentare il profilo dell’energia idroelettrica, dimostrare come il laboratorio sta lavorando per ottimizzarla e incoraggiare le generazioni future a esplorare una carriera nel campo delle energie rinnovabili. Attraverso queste attività, NREL e WPTO sperano di garantire che il futuro dell’energia idroelettrica e marina rimanga solido e sostenibile.
Scopri di più sulle carriere in ambito scientifico, tecnologico, ingegneristico e matematico (STEM) e sulle opportunità di sviluppo della forza lavoro nel settore dell’energia idroelettrica. E rimani aggiornato su altre interessanti ricerche iscrivendoti alla newsletter sull’energia idrica di NREL, The Current.
Dal piatto Tiffany. Per gentile concessione dell’NREL.
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Sfortunatamente, il business dei media è ancora un business duro, spietato, con margini ridotti. Rimanere fuori dall’acqua è una sfida olimpica senza fine o forse addirittura… sussulto – crescere. COSÌ …