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di emergenza di carichi privilegiati o di sistemi elettrici isolati, la propulsione dei veicoli elettrici. Le applicazioni a supporto del sistema elettrico con- nesse alla rete occupano ancora una percentuale limitata della potenza totale installata e si hanno pertanto ampi spazi di crescita che possono andare di pari passo con lo svilup- po della tecnologia. La caratteristica peculiare dei sistemi di accumulo elettrochimico è la modularità e fles- sibilità. Rispetto ai grandi accumula- tori centralizzati, i sistemi di accumulo elettrochimico hanno dei tempi di ri- sposta alle variazioni di carico molto più veloci, hanno un rapporto poten- za/energia più elevato, e si prestano a lavorare in applicazioni “ibride” che richiedono autonomie dell’ordine dell’ora ma anche capacità di erogare picchi di potenza. Grazie alla modula- rità (si veda la Figura 1), questi siste- mi possono essere realizzati in taglie molto varie da pochi kW a decine di MW, e sono in grado di coprire un ampio range di applicazioni. Un altro vantaggio è la velocità di installazione e la possibilità di spostare il sistema in un secondo momento in un altro punto della rete o di riconfigurarlo in caso di necessità. Sono adatti quindi a risolvere in modo rapido congestio- ni locali di rete per poi essere spostati in un altro punto una volta che la rete è stata potenziata. Esistono nume- rose tipologie di accumulatori che si differenziano, oltre che per le coppie di elettrodi e per il tipo di elettrolita, anche per le differenti caratteristiche costruttive. Le principali tecnologie si dividono in quattro categorie: gli ac- cumulatori con elettrolita acquoso, che comprendono i sistemi al piombo acido, nichel/cadmio e nichel/metal idruro, le batterie a circolazione di elettrolita, le batterie ad alta tempera- tura e le batterie litio-ioni.
La tecnologia più promettente è rap- presentata dalle batterie litio-ioni, una famiglia che comprende molte sotto- tipologie, caratterizzate da una stes- sa struttura di base ma differenziate rispetto ai materiali elettrodici e degli elettroliti. L’anodo è quasi per tutte costituito da grafite allo stato litiato, mentre il catodo è un ossido litiato di un metallo di transizione (ferro fosfato – LFP, nichel/cobalto/alluminio – NCA,
Figura 1. Modularità dei sistemi di accumulo elettrochimici
nichel/cobalto/manganese – LCM, ecc.). L’elettrolita, costituito da sali di litio in solvente organico, può essere liquido polimerico, gel o ceramico. Ciascuna combinazione presenta differenti caratteristiche, tuttavia in generale la tecnologia è caratterizzata da una vita attesa molto lunga (fino a 10000 cicli di carica/scarica a DOD3 80%), rendimento energetico molto elevato (generalmente superiore al 90%), alta energia e potenza speci- fica. Lavorano bene sia in potenza che in energia e questo rende la tec- nologia adatta a coprire quasi tutte le applicazioni, sia quelle tradizionali che quelle a supporto del sistema elettri- co. Per le loro caratteristiche si pre- stano all’utilizzo nella trazione elettrica e questo ha dato un grande slancio alla ricerca che è tuttora molto attiva, nonostante le celle siano già arrivate ad un livello di sviluppo commerciale. Il vero punto di debolezza della tec- nologia è una ridotta sicurezza intrin- seca, che rende necessario l’uso di un efficace sistema di controllo detto BMS-Battery Management System, che impedisca che la batteria sia sot- toposta a condizioni operative non corrette (sovratemperature o sovrac- cariche) che potrebbero determinare situazioni di pericolo, comportando come conseguenza un aumento del costo.
Un’altra interessante tipologia di ac- cumulatori è costituita dalle batterie ad alta temperatura (sodio/zolfo e so- dio/cloruro di nichel), che lavorano ad una temperatura interna di circa 300 °C, necessaria per portare gli elettro- di allo stato fuso e per aumentare la conducibilità dell’elettrolita. Queste batterie si caratterizzano per una energia specifica molto più elevata ri-
spetto agli accumulatori con elettrolita acquoso, elevati rendimenti energeti- ci, buona vita attesa. Hanno tuttavia prestazioni generalmente inferiori ri- spetto al litio, ma con il vantaggio di essere totalmente indipendenti dalla temperatura ambiente (a differenza del litio le cui prestazioni invece varia- no con le condizioni climatiche). Que- sta caratteristica, insieme al costo leggermente inferiore almeno attual- mente, le rende una buona alternativa per le applicazioni stazionarie.
I SdA possono svolgere molteplici ap- plicazioni per soddisfare esigenze sia di sistema (globali), sia di rete (locali), sia dei singoli operatori (produttori / consumatori). Le diverse applicazio- ni, così come i SdA stessi, possono essere classificate nell’ambito di due categorie generali:
– applicazioni energy intensive (EI): esse richiedono grandi capacità di accumulo allo scopo di scambiare potenza per lunghi periodi (ore);
– applicazioni power intensive (PI): esse richiedono lo scambio di elevate potenze per brevi periodi (secondi÷minuti).
Tipiche applicazioni per esigenze di sistema sono la regolazione primaria (PI), la regolazione secondaria (EI), la riserva terziaria / bilanciamento (EI), l’inerzia sintetica (PI), il peak shaving (EI) e la riaccensione del sistema elet- trico (EI).
Esempi di applicazioni per esigenze di rete sono la gestione delle congestio- ni (EI), il differimento nel tempo degli investimenti per aumentare la capa- cità di trasporto (EI), la gestione dei flussi sulla cabina primaria di una rete di distribuzione attiva (EI) e la regola- zione di tensione (PI).
Quanto alle esigenze degli operato-
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Accumuli elettrici