Le batterie termiche potrebbero dimezzare i costi dell’energia termica industriale negli Stati Uniti

I settori dell’energia e dei trasporti tendono a dominare i titoli dei giornali quando si tratta di ridurre l’inquinamento da gas serra (GHG), ma dobbiamo affrontare una fonte di emissioni ampia e in crescita per raggiungere i nostri obiettivi climatici: l’industria.

Gli impianti industriali statunitensi sono direttamente responsabili di circa un quarto delle emissioni di gas serra del paese. Circa l’84% delle emissioni industriali legate all’energia provengono dalla combustione di combustibili fossili per fornire calore a processi produttivi come la fusione dei metalli, la formazione della plastica e l’innesco di reazioni chimiche. La decarbonizzazione del calore industriale è fondamentale per rispettare gli impegni di riduzione delle emissioni degli Stati Uniti.

Fortunatamente, una nuova tecnologia pulita – le batterie termiche industriali – potrebbe essere la soluzione per ridurre le emissioni di gas serra industriali e ridurre i costi energetici industriali. Queste batterie potrebbero ridurre il costo dell’elettricità per il riscaldamento industriale del 50%-63%, cambiando radicalmente il processo decisionale delle aziende riguardo all’elettrificazione delle apparecchiature di riscaldamento industriale e soddisfacendo fino al 90% della domanda di calore dei processi industriali.

Una batteria termica converte l'elettricità in calore, immagazzina il calore per ore o giorni e può fornire calore in uscita a temperature fino a 1.500-1.700 °C quando il calore è necessario all'utente industriale con un'efficienza di andata e ritorno del 95%. L'illustrazione seguente mostra come una batteria termica si carica con un riscaldatore a resistenza elettrica, quindi rilascia calore tramite gas caldo o luce visibile e infrarossa.

Schema della batteria termica

Una nuova ricerca di Energy Innovation modella i costi, i risparmi e le prestazioni delle batterie termiche. La ricerca dimostra che queste batterie possono fornire calore affidabile a un prezzo compreso tra 35 e 62 dollari per megawattora (MWh) di produzione termica, riducendo i costi di produzione del calore dall’elettricità a un livello competitivo rispetto al mantenimento delle apparecchiature esistenti a gas naturale.

Le pompe di calore industriali hanno un impatto simile sull’economicità, ma le batterie termiche funzionano su un intervallo di temperature molto più ampio rispetto alle pompe di calore, espandendo notevolmente i tipi di processi di riscaldamento che possono essere elettrificati in modo economicamente vantaggioso.

Per contribuire ad accelerare la diffusione delle batterie termiche, il governo dovrebbe utilizzare programmi di finanziamento (come l’Advanced Energy Project Credit e l’Advanced Industrial Facilities Deployment Program) e l’IRS dovrebbe pubblicare linee guida che confermino che le batterie termiche sono idonee per la produzione manifatturiera avanzata 45X. Credito.

Nel 2022, le industrie statunitensi hanno utilizzato circa 12.600 petajoule di combustibili (escluse le materie prime), quasi tutti per fornire calore a temperature inferiori a 1.000 °C per applicazioni come la produzione di vapore o apparecchiature di riscaldamento come fornaci o forni. Le batterie termiche sono adatte a fornire questo calore. Sebbene alcuni processi pongano sfide per le batterie termiche (come la produzione primaria dell’acciaio) o richiedano estrema precisione (come la saldatura ossiacetilenica), questi rappresentano meno del 5% del consumo energetico industriale degli Stati Uniti. Pertanto, le batterie termiche industriali hanno un vasto mercato indirizzabile e un potenziale di riduzione dei gas serra.

Consumo energetico manifatturiero negli Stati Uniti per intervallo di temperature 2022

Esistono due approcci per il funzionamento delle batterie termiche. Le batterie di generazione successiva consentono agli impianti industriali di sfruttare meglio la produzione eolica e solare off-grid. Le batterie termiche a caccia di prezzi consentono alle strutture connesse alla rete di acquistare la propria elettricità nelle ore in cui è più economica. Sono possibili anche ibridi di questi approcci.

Le industrie che acquistano elettricità dalla rete devono pagare la tariffa al dettaglio, che copre non solo il costo per generare elettricità, ma anche la trasmissione, la distribuzione e i costi generali associati. Una struttura può acquistare elettricità in modo più economico lavorando direttamente con un progetto solare o eolico, utilizzando batterie termiche per compensare la variabilità solare ed eolica, rendendo il calore a basso costo disponibile in modo affidabile per uso industriale.

Questa affidabilità è una funzione delle ore di accumulo di calore della batteria e del tasso di riduzione dell'elettricità, o della volontà di avere una produzione di elettricità in eccesso nelle ore più soleggiate e ventose in modo che ce ne sia abbastanza durante periodi prolungati di minore produzione. I componenti del costo del calore fornito da una batteria termica sono mostrati di seguito per una località della California che si basa esclusivamente sull'energia solare e una località del Texas che si basa su una combinazione di energia eolica e solare. I costi sono più elevati nelle località che dipendono interamente dal solare perché è necessaria una batteria termica più grande (e una maggiore riduzione) per fornire calore in modo affidabile rispetto alla località servita da una combinazione di vento e sole.