mercoledì, Ottobre 27, 2021
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PG&E è il primo client di utilità per il nuovo "generatore lineare" di Mainspring

Mainspring Energy è stata fondata nel 2010 da un trio di dottorandi di Stanford, nati non dalle leggendarie scuole di codifica dell'università, ma piuttosto dal suo laboratorio di termodinamica. In un momento in cui il mondo delle startup stava diventando sempre più diffidente nei confronti della tecnologia pulita, il team ha preso di mira un compito difficile: ridurre le emissioni reinventando una delle tecnologie più fondamentali della rete.

Il loro obiettivo? Il design di quasi 200 anni del generatore elettrico. Laddove praticamente tutti i generatori meccanici ruotano in cerchio, basandosi su magneti rotanti per generare corrente, Mainspring ha progettato un design che si muove avanti e indietro in una linea.

È un semplice riorientamento fisico con un impatto potenzialmente drammatico. Il "generatore lineare" risultante offre efficienze che, secondo il co-fondatore e amministratore delegato Shannon Miller, producono elettricità in modo più pulito, a un costo inferiore e in modo più flessibile rispetto a un mercato multimiliardario di operatori storici, tra cui turbine, motori alternativi e celle a combustibile .

E dopo un decennio di sviluppo, il generatore lineare si sta trasformando in produzione commerciale in un momento di forte crescita della domanda di opzioni flessibili in grado di supportare la rete in modo sostenibile. "Gli eventi meteorologici estremi e l'aumento dell'elettrificazione stanno aumentando la domanda sulla rete elettrica per una resilienza a prezzi accessibili", ha affermato Miller. "Allo stesso tempo, dobbiamo muoverci rapidamente verso una rete a zero emissioni di carbonio".

Una pietra miliare dell'utilità

A seguito di una manciata di implementazioni aziendali e istituzionali a partire dal 2020, il primo progetto di utilità di Mainspring è stato annunciato questa settimana ad Angwin, in California.

La città è un nodo cruciale della rete di Pacific Gas & Electric nella contea di Napa, un punto di distribuzione della microrete in cui è posizionato un generatore per stabilizzare i flussi e i riflussi giornalieri di energia, nonché per rifornire i clienti a valle in caso di interruzione della trasmissione nell'area. E durante l'epica siccità della California e la stagione record degli incendi boschivi, ciò sta accadendo più spesso, poiché PG&E ricorre a eventi di spegnimento di pubblica sicurezza (PSPS) per evitare di innescare nuovi incendi.

Occupando un ingombro delle dimensioni di un parcheggio, il generatore lineare da 240 kilowatt inizialmente funzionerà in tandem con un motore alternativo diesel convenzionale, mentre PG&E mette in servizio l'unità. È possibile accoppiare più unità Mainspring per aumentare la produzione. Col tempo, Miller si aspetta che il generatore lineare prenda il sopravvento, poiché fa cose che il diesel non può.

I venti a favore per noi continuano a diventare più forti.

Ad esempio, grazie a un'elettronica di potenza precisa, l'unità Mainspring può salire e scendere quasi istantaneamente, per adattarsi meglio alle fluttuazioni della griglia di microsecondi. E mentre le rinnovabili si moltiplicano, gli alimentatori stanno diventando più variabili e meno stabili nel complesso, quindi una maggiore reattività è un bene per la rete.

E le sue basse emissioni dovrebbero essere un bene per le comunità vicine. Poiché i servizi pubblici hanno aumentato la loro dipendenza dai generatori diesel portatili per stabilizzare la rete, l'aumento dell'inquinamento atmosferico sta colpendo le popolazioni vicine, spesso nelle comunità svantaggiate.

Rispetto al vicino motore diesel, il generatore di Mainspring riduce le emissioni di ossido di azoto (NOx) di oltre il 90% e riduce proporzionalmente gli inquinanti particolati. Alimentato da biogas, non emette praticamente carbonio. E in futuro, l'unità potrà funzionare praticamente con qualsiasi combustibile gassoso, ha affermato Miller, compresi i combustibili emergenti a zero emissioni di carbonio come il propano rinnovabile o l'idrogeno verde.

Come funziona

Il vantaggio prestazionale di Mainspring deriva dall'architettura del suo design, combinato con i vantaggi della sua elettronica di potenza all'avanguardia, un'area tecnologica che, grazie alla scalabilità delle energie rinnovabili, è progredita rapidamente durante il decennio di sviluppo di Mainspring. "Questi sistemi ci consentono di fare tutto il controllo, per ottenere la flessibilità del carburante, la dispacciabilità e l'efficienza", ha affermato Miller.

Fisicamente, il design riorienta gli elementi familiari di un generatore elettrico: magneti che si muovono attraverso anelli di filo di rame. Invece di ruotare con un movimento circolare come la maggior parte dei generatori, nel design di Mainspring, i magneti scorrono avanti e indietro lungo un asse orizzontale con una precisione che varia di meno della larghezza di un pezzo di carta.

Quando una miscela di combustibile e aria entra nella zona di reazione centrale, non viene bruciata. Piuttosto, tramite una reazione a bassa temperatura, la pressione converte direttamente l'energia termochimica in movimento che spinge due pistoni – Mainspring li chiama oscillatori – verso l'esterno dal centro.

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L'energia viene prodotta quando i magneti montati sugli oscillatori passano attraverso bobine di rame incorporate nel guscio.

Quando gli oscillatori raggiungono il limite della loro corsa, comprimono l'aria all'estremità del cilindro, creando una pressione simile a una molla che li rimbalza indietro verso il centro, generando più potenza durante il viaggio di ritorno.

Con solo due parti mobili, il design di Mainspring può generare più potenza per unità di carburante rispetto ad altri generatori meccanici. ha detto Miller. Allo stesso tempo, la sua semplicità comporta minori costi di manutenzione e materiali. A differenza delle turbine o dei motori, il suo innovativo sistema di cuscinetti ad aria non necessita di sostituzione di olio o parti di routine. E a differenza delle celle a combustibile, non è necessario sostituire costosi catalizzatori.

Operando a una temperatura relativamente bassa, il design elimina virtualmente le emissioni di NOx e altri sottoprodotti nocivi della combustione. Nel loro insieme, i progressi del design "possono fornire l'elevata efficienza e le basse emissioni delle celle a combustibile con il basso costo e la dispacciabilità di motori e microturbine", ha affermato Miller.

Finanziare la crescita

Questo pacchetto di vantaggi ha attirato un'ondata di investitori blue chip. A maggio, Mainspring ha chiuso un round di serie D di 95 milioni di dollari, guidato da Fine Structure Ventures (precedentemente Devonshire Investors), la società di private equity affiliata alla società madre di Fidelity Investments, FMR, insieme al supporto di 40 North Ventures, Chevron Technology Ventures e Princeville Capitale.

Il round D porta a $ 228 milioni il totale raccolto dalla startup fino ad oggi, basandosi sui precedenti impegni di Khosla Ventures nel Round A e Bill Gates nel Round B. La serie C includeva un mix di partner strategici del settore energetico: AEP, Centrica, ClearSky Potenza e tecnologia ed Equinor.

A marzo, Mainspring ha annunciato una partnership con il gigante statunitense delle utility e delle energie rinnovabili NextEra Energy, il più grande generatore di energia rinnovabile del settore privato al mondo.

Attraverso il suo ramo di servizi alle imprese NextEra Energy Resources, l'accordo impegna $ 150 milioni per aiutare i clienti di Mainspring ad acquistare, finanziare e distribuire i nuovi generatori, principalmente tramite accordi come contratti di acquisto di energia (PPA), in cui i clienti non devono acquistare il bene a titolo definitivo e possono invece pagare commissioni ricorrenti.

Non stiamo spendendo capitale su questo. Questo è compito di altre società. Non lo stiamo mantenendo. Questo è compito di altre società.

NextEra offre anche alla startup un partner forte con cui scalare l'idrogeno verde. Nel luglio 2020, NextEra ha annunciato un progetto pilota di idrogeno verde con Florida Power & Light. Per Mainspring, l'esperienza di NextEra nell'implementazione di energie rinnovabili emergenti nella rete offre un vantaggio e una corsia preferenziale per collaborare con nuovi clienti. "La nostra strategia è trovare partner che capiscano dove sta andando la rete e che possano davvero aiutarci a scalare", ha affermato Miller.

I due clienti pubblicamente divulgati di Mainspring, PG&E e Kroger, hanno entrambi optato per il finanziamento in stile PPA tramite NextEra. Per Kroger, l'accordo ha offerto un modo per migliorare l'affidabilità della fornitura di energia in uno dei suoi negozi nell'area di Los Angeles, riducendo i costi e le emissioni, il tutto con un impegno iniziale minimo.​​

"Non stiamo spendendo capitale per questo. Questo è compito di altre società. Non lo manteniamo. È compito di altre società", ha affermato Denis George, responsabile dell'energia presso The Kroger Co. "Questo ci mette in una situazione molto base equivalente all'acquisto di potere dall'utility."

Il droghiere sta affrontando un vincolo sempre più comune: la compressione dei costi crescenti per l'elettricità fornita dalla rete insieme alla pressione per ridurre le emissioni dalle fonti di energia in loco.

"Abbiamo già fatto praticamente tutto il possibile per l'efficienza", ha detto George. Il generatore lineare aiuta Kroger a migliorare la sostenibilità muovendosi verso il suo obiettivo aziendale di ridurre le emissioni di gas serra del 30%.

Affidabilità vs clima

Le priorità di Kroger rispecchiano quelle di un numero crescente di grandi utilizzatori di energia per i quali gli obiettivi di decarbonizzazione si scontrano con le sfide del cambiamento climatico e dell'instabilità della rete.

Insieme alla California, gran parte dell'ovest si trova in una situazione simile, poiché l'aumento delle temperature sta guidando la domanda di elettricità, così come la siccità sta diminuendo la produzione di energia idroelettrica e il fuoco sta minacciando le principali linee di trasmissione.

La pressione sta spingendo governi, servizi pubblici e aziende allo stesso modo ad aumentare la spesa per l'energia di riserva, anche quando potrebbe non raggiungere gli obiettivi ecologici. A luglio, nonostante abbia sostenuto alcuni degli obiettivi di decarbonizzazione più ambiziosi della nazione, il governatore della California ha dichiarato un'emergenza, una mossa che ha consentito il rapido dispiegamento di soluzioni di backup a combustibili fossili e accelerato il lancio di nuovi progetti di energia pulita.

Il mese successivo, la commissione statale per l'energia ha approvato cinque generatori temporanei alimentati a gas per ridurre i rischi di blackout. Come ha notato Sarah Golden di GreenBiz nella sua newsletter settimanale, "[California] i funzionari si trovano di fronte alla difficile scelta di alleviare la sofferenza oggi o arginare la catastrofe domani".

Mainspring offre un modo per soddisfare entrambe le priorità. A breve termine, può generare in modo reattivo energia a basse emissioni ea prezzi accessibili. E in futuro, la sua flessibilità del carburante gli consentirà di gestire i combustibili puliti di domani, ha affermato Miller. Rispetto a dieci anni fa, "Il vento in poppa per noi continua a diventare più forte".

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