La recente diffusione di fonti di energia rinnovabile, soprattutto di tipo fotovoltaico ed eolico, e la vendita di auto elettriche in forte crescita impone una profonda revisione delle modalità di funzionamento della rete di distribuzione dell’energia, in particolare per quanto riguarda le smart grid ovvero le basi della rete elettrica intelligente delle città.
Il prossimo futuro punta quindi sull’integrazione tra fotovoltaico, batterie e stazioni di ricarica smart in ambito domestico.
In questo contesto, uno degli aspetti fondamentali per lo sviluppo delle smart grid è l’elettronica di potenza, che costituisce l’interfaccia elettronica tra le sorgenti di energia rinnovabile (ad esempio di tipo fotovoltaico ed eolico) unite ai sistemi di accumulo (ad esempio, batterie) e la rete elettrica.
Nel prossimo futuro l’energia accumulata nelle batterie di casa non solo potrà contribuire a ridurre i consumi privati di energia prelevata dalla rete, ma rappresenterà un vero e proprio bene potenzialmente vendibile.
A oggi in Italia tale vendita non è ancora autorizzata e regolamentata, se non nella modalità dello scambio sul posto per il quale vengono riconosciuti pochi centesimi per ogni kWh di sovrapproduzione ceduta alla rete in modo automatico.
In altri Paesi europei, tra cui Germania e Inghilterra, il singolo consumatore provvisto di impianto fotovoltaico e sistema di accumulo può decidere di vendere la propria energia mettendo a disposizione parte della capacità della batteria.
Smart grid, serve l’aggregatore
Ciò è già tecnicamente possibile, ma è impensabile che il singolo proprietario di casa possa autonomamente interfacciarsi con il mondo dell’energy trading.
Per questo motivo, stanno nascendo nuove figure sul mercato, gli aggregatori, ovvero società strutturate che fanno da intermediario tra il singolo e la rete.
L’aggregatore rappresenta il nucleo delle nascenti smart grid in quanto si occuperà dei contratti di acquisto dai prosumer e di rivendita sul mercato.
È necessario, quindi, aprire i mercati agli aggregatori e migliorare le normative per accelerare rapidamente la crescita nell’uso delle batterie “behind the meter”, in particolare negli edifici e nelle case.
Ciò favorirà una crescita più rapida di tutte le energie rinnovabili e democratizzerà l’accumulo di energia e il fotovoltaico per tutti i consumatori di elettricità.
In particolare, l’energia solare tornerà a ricoprire un ruolo importante in Europa e si confermerà una fonte di energia sostenibile.
Secondo Eaton nel corso di quest’anno e del prossimo assisteremo a un trend di crescita in tutta la regione nello sviluppo di progetti fotovoltaici non sovvenzionati su larga scala.
Eaton progetta sistemi e tecnologie a prova di futuro, già idonei a interfacciarsi con la rete per offrire servizi di bilanciamento della rete, frequency regulation, o partecipando a programmi di demand response che porteranno l’utente a trasformarsi da consumer a prosumer. Ciò gli offrirà la possibilità di ulteriori ricavi dall’autoproduzione e, al contempo, di diventare parte attiva nella riduzione di CO2.
Ciò sarà, inoltre, affiancato da un crescente impiego dei sistemi di accumulo che permetteranno un impiego ottimizzato dell’energia prodotta, consentendo l’immagazzinamento del surplus di produzione in batterie per poi utilizzarla nel reale momento di consumo (ad esempio la sera). E tutto ciò condurrà a una contestuale riduzione dei costi in bolletta.
Smart grid e transizione energetica
Il processo di decarbonizzazione delle fonti energetiche e dei consumi è reso possibile dall’elettrificazione delle utenze trasversalmente ai vari settori: residenziale, terziario, industriale e trasporti.
Ciò implicherà un incremento esponenziale della domanda di energia elettrica e un relativo potenziamento indirizzato principalmente verso i sistemi di generazione di energia pulita e rinnovabile, in primis fotovoltaico ed eolico.
Parallelamente andranno potenziate e modernizzate le attuali reti di distribuzione. Alla decentralizzazione della produzione, corrisponderà un aumento dei picchi di richiesta in termini di potenza istantanea erogabile.
Per esempio, le ricariche veloci delle auto elettriche sono caratterizzate dall’esigenza di erogare decine di kW. In questo scenario, i sistemi di accumulo offrono molteplici vantaggi: le batterie potrebbero, infatti, supportare la rete nell’erogazione di picchi di potenza fornendo la funzione di peak shaving.
Il conseguente dimensionamento della rete risulterebbe, in tal modo, alleggerito strutturalmente e nei conseguenti costi.
I vantaggi dell’accumulo, nella sua accezione più ampia, potrà esprimersi anche in senso diametralmente opposto.
Più auto allacciate alle colonnine potrebbero mettere a disposizione o vendere l’energia immagazzinata nelle loro batterie cedendola on demand alla rete.
Una batteria d’auto elettrica, per esempio, ha una capacità media di 40 kWh pur riservandone anche il 50%. 50 auto connesse potrebbero fornire energia per ben 1 MWh. Questo è il concetto di V2G, Vehicle to Grid, e porterà a un cambiamento nello scenario energetico nel futuro.
Un esempio di questa applicazione, oggi in corso. è l’installazione presso il posteggio della Johan Cruijff Arena di Amsterdam: dopo l’implementazione nello stadio di un impianto di accumulo Eaton per ben 3MW di potenza e 3MWh di capacità nel 2018, ora è in atto il secondo step del progetto che prevede proprio l’installazione di colonnine per applicazione V2G. Le auto posteggiate durante gli eventi potranno fornire ulteriori MWh di energia allo stadio stesso.
Sebbene sia difficile pianificare il numero di veicoli elettrici che verranno venduti in un anno, si stima un trend che continuerà a crescere. Anche se la completa e totale adozione di veicoli elettrici è ancora lontana, è ora necessario intervenire sulla creazione dell’infrastruttura adeguata e sul supporto agli ecosistemi.
Per i consumatori, questo può alleviare le preoccupazioni sull’autonomia della batteria, aumentando al tempo stesso l’attrattiva generale verso l’adozione di veicoli elettrici. Ad esempio, sensibilizzare in merito alla ricarica intelligente e ai carica batterie bidirezionali aiuta a ridurre i costi per i consumatori, diminuire la pressione sull’impianto elettrico e ad accelerare la rapida adozione dei veicoli elettrici.
La digitalizzazione della rete
Non può esistere la smart grid senza una consapevolezza a 360° di ciò che sta accadendo in tutti i sistemi energetici. È chiaro che sia necessario evitare importanti blackout e il modo migliore per farlo sarà sfruttare i nuovi strumenti digitali.
Ora è possibile creare e gestire microgrid che possono far funzionare parti della rete senza interruzioni anche quando si verificano guasti importanti o eventi non pianificati. Fino ad ora, la maggior parte di queste innovazioni sono rimaste a livello di sperimentazione, ma è giunto il momento di aumentare il numero di progetti pilota, concentrarsi sullo sviluppo della digitalizzazione e sull’implementazione del software giusto. Questo sarà il prossimo grande passo verso la smart grid del futuro.
Il ruolo dell’Europa nel limitare l’SF6
La Commissione Europea dovrà riesaminare i progressi compiuti nell’ambito delle alternative all’esafluoruro di zolfo (SF6) affidabili, economiche ed efficienti dal punto di vista energetico nei quadri elettrici.
Al crescere del numero di impianti fotovoltaici ed eolici, anche la domanda di quadri elettrici aumenterà. Purtroppo la maggior parte dei quadri in media tensione attuali contiene e perde gas SF6. L’SF6 è il peggiore di tutti i gas ritenuti responsabili dell’effetto serra (23,500 volte più forte della CO2), oltre a essere da tempo vietato nell’UE per la maggior parte degli usi.
Tuttavia, è stata prevista un’eccezione per i grandi quadri elettrici a causa della pressione del settore. Con l’aumentare della consapevolezza del riscaldamento globale, sia l’industria che gli enti normatori sono sempre più consapevoli che l’utilizzo di SF6 nei quadri elettrici sta crescendo e che è quindi necessario intervenire.
Al più tardi entro luglio di quest’anno l’UE dovrà riferire in merito a tale questione per verificare la rapidità con cui il settore può porre fine all’uso dell’SF6.
Ciò vale in particolare per i quadri di media tensione – ovvero la tipologia di installazione elettrica più diffusa – nonché quella più disponibile sul mercato, che contiene elevati livelli di SF6.
L’economia dell’idrogeno e la comprensione dell’energia green rispetto a quella “grigia” costituiranno un importante argomento di dibattito nel 2020.
Le parti interessate sono sempre più consapevoli di come passare dal gas naturale all’uso di energia green a basso costo per generare idrogeno.
Sebbene in precedenza ciò fosse considerato importante solo nel settore della mobilità, nel corso del 2020 ci sarà maggiore attenzione nelle applicazioni fisse e nei processi industriali, come ad esempio per la produzione dell’acciaio.
Questo non è solo un modo per decarbonizzare il calore e la mobilità a lunga distanza, ma può anche essere usato come un modo per gestire la stagionalità della domanda di energia.
