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Attualmente si registra un accresciuto interesse nei confronti degli accumuli di energia, anche e soprattutto gra- zie all’aumento degli investimenti nell’ambito della ricerca applicata che hanno permesso di ottenere rilevanti innovazioni per alcune tec- nologie rendendole più affidabili e meno costose. In questi anni, per esempio, abbiamo assistito alla na- scita e al progressivo affermarsi delle auto elettriche. Questa tendenza ha, in qualche modo, spinto gli utenti finali a familiarizzare con le caratteri- stiche peculiari e i problemi specifici delle batterie. All’interno del vasto ambito della diffusione dei sistemi di accumulo, non si può ignorare il cre- scente interesse nei confronti delle energie rinnovabili e dell’efficien- za energetica. La combinazione di questi due fattori ha spinto gli utenti, i gestori e il regolatore del sistema elettrico a dirigere i loro interessi ver- so gli accumuli di energia elettrica. A livello di sistema, infatti, sono diverse le possibili applicazioni dei sistemi di accumulo, in gran parte proprio le- gate all’aumento dell’efficienza e al miglioramento della qualità della for- nitura.
È utile fare qui una distinzione tra queste applicazioni: in energia e in potenza. Per quanto concerne le applicazioni “in potenza”, si tratta di accumuli dimensionati in modo tale da fornire picchi di potenza per brevi (o anche brevissimi) istanti di tempo (per esempio per stabilizzare la ten- sione di alimentazione). Ultimamen- te, però, questo concetto è stato applicato anche al cosiddetto peak shaving, il livellamento della potenza richiesta da un carico. La presenza di un sistema di accumulo, infatti, of- fre la possibilità di fornire al carico la parte del picco che eccede la poten- za normalmente assorbita dal carico stesso. In questo modo si ottiene il benefico effetto di sgravare la rete dall’incombenza di dover alimenta- re il carico per la totale potenza di picco. Ciò si traduce in un preleva- mento di potenza più costante con conseguente riduzione dei costi as- sociati alla minor richiesta di potenza disponibile.
Di diversa impostazione, e più re- centi, sono, invece, le applicazioni “in energia”. In primo luogo, infat- ti, esse richiedono, come il nome
Utilizzo degli accumuli di energia nelle reti elettriche: benefici e criticità
stesso suggerisce, che il sistema di accumulo sia in grado di fornire una determinata potenza per periodi di tempo non più trascurabili. In que- sti casi, quindi, risultano essenziali diversi aspetti. Innanzitutto, gioca un ruolo fondamentale la tecnologia dell’accumulo. Per esempio, gli ac- cumuli che sfruttano il campo elet- trico sono più rapidi nella erogazione della potenza richiesta ma, d’altro canto, non permettono di accu- mulare molta energia. Al contrario, le tecnologie di accumulo elettro- chimiche sono meno rapide nell’e- rogazione (proprio per l’intervento di dinamiche che, seppur veloci, sono più lente di quelle collegate agli ac- cumuli “elettro-statici”) ma consen- tono di accumulare quantitativi di energia anche consistenti. Le appli- cazioni più comuni in questo ambito sono il cosiddetto load shifting e il miglioramento della capacità di ac- coglimento (hosting capacity) dell’e- nergia prodotta dalle fonti energeti- che rinnovabili (FER). Molto spesso queste due applicazioni sono stret- tamente legate. Per load shifting si intende lo spostamento del carico da un periodo del giorno ad un altro. Il ragionamento sotteso è che tale spostamento non solo non produ- ce danni al carico stesso (si pensi alle realtà industriali, per esempio, in cui alcune lavorazioni possono essere interrotte e riprese senza conseguenze sul prodotto finale) ma permette di ottenere un beneficio economico. Se a tale processo si
aggiungono le fonti rinnovabili e i si- stemi di accumulo, il quadro può di- ventare più completo e complesso. Quando, infatti, il carico non è sin- crono con la produzione delle FER, è possibile accumulare questa energia che, in condizioni normali, non ver- rebbe consumata in loco, e renderla disponibile successivamente. Que- sta tipologia di applicazioni richiede sistemi di gestione più complessi ri- spetto a quanto necessario nelle ap- plicazioni “in potenza”. Le decisioni (se e quanta energia far accumula- re/erogare al sistema di accumulo, quando avviare il carico, etc.), infatti, non sono prese solamente in funzio- ne di misure locali e attuali ma devo- no tenere in conto quanto è acca- duto in precedenza (tipicamente la variabile sensibile è lo stato di carica – state of charge a volte abbreviato con l’acronimo SOC – del sistema di accumulo) e una previsione di quan- to accadrà nel futuro (la produzione da FER e il prezzo dell’energia sono due esempi).
Se, come brevemente descritto in precedenza, i sistemi di accumu- lo offrono nuove opportunità per i sistemi elettrici e gli utenti è anche vero che la loro gestione deve es- sere studiata con attenzione. Per le applicazioni “in energia” si è, infatti, visto come le strategie di gestione siano influenti al fine dell’ottenimen- to degli obiettivi prefissati. A titolo di esempio di mostra in Figura 1 un confronto tra gli andamenti dello stato di carica in caso di ottimizza-
Samuele Grillo
Politecnico
di Milano Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria
FOCUS Accumuli elettrici
4/2015 35
FOCUS
Accumuli elettrici