{"id":25152,"date":"2021-05-14T07:56:23","date_gmt":"2021-05-14T07:56:23","guid":{"rendered":"https:\/\/react2020.eu\/2021\/05\/14\/laccumulo-di-energia-come-fattore-chiave-per-lautosufficienza-nelle-isole\/"},"modified":"2022-02-15T12:15:12","modified_gmt":"2022-02-15T12:15:12","slug":"laccumulo-di-energia-come-fattore-chiave-per-lautosufficienza-nelle-isole","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/react2020.eu\/it\/2021\/05\/14\/laccumulo-di-energia-come-fattore-chiave-per-lautosufficienza-nelle-isole\/","title":{"rendered":"L’ACCUMULO DI ENERGIA COME FATTORE CHIAVE PER L’AUTOSUFFICIENZA NELLE ISOLE"},"content":{"rendered":"\n

Introduzione: l\u2019avanzare delle batterie nei sistemi energetici<\/h2>\n\n

Fino a qualche anno fa, la maggior parte delle batterie nelle nostre applicazioni portatili erano ancora non ricaricabili e giocavano un ruolo marginale nella vita della maggior parte delle persone: auto radiocomandate, lanterne da campeggio, bilance da cucina… Anche se le batterie ricaricabili al piombo-acido esistono dalla met\u00e0 del 19\u00b0 secolo, la loro bassa densit\u00e0 di energia (o peso elevato per quantit\u00e0 di energia immagazzinata) ha tradizionalmente limitato il loro campo di applicazione. Fino al 2000, le batterie al piombo-acido hanno dominato il mercato delle batterie, soprattutto per il loro uso diffuso come batterie di avviamento per le auto, o il loro impiego stazionario in sistemi di alimentazione remota (ad esempio, per antenne di telecomunicazione remote o applicazioni off-grid). Negli ultimi anni, le tecnologie elettrochimiche di immagazzinamento dell’energia hanno subito un’incredibile (r)evoluzione tecnica, che ha permesso un enorme aumento delle densit\u00e0 di potenza e di energia, una maggiore durata e ciclabilit\u00e0, e la minimizzazione dei problemi di sicurezza, aprendo cos\u00ec la strada a diverse nuove applicazioni.<\/p>\n\n

Oggi \u00e8 abitudine comune controllare, prima di uscire di casa ogni mattina, se il cellulare, il tablet e\/o il portatile siano carichi, e presto, molto probabilmente, far\u00e0 parte della routine quotidiana controllare anche se l’auto \u00e8 carica. Quindi, \u00e8 chiaro che le batterie sono state un motore essenziale per la rivoluzione dell’informazione (IT) e sono destinate a diventare un fattore chiave per il cambiamento di paradigma nel trasporto personale verso la mobilit\u00e0 elettrica. \u00c8 probabilmente per queste ragioni che il premio Nobel per la chimica \u00e8 stato recentemente (2019) assegnato ai ricercatori che hanno inventato le prime batterie agli ioni di litio negli anni ’90 (J. Goodenough, M.S. Whittingham, A. Yoshino).<\/p>\n\n

Meno noto alla maggior parte delle persone, per\u00f2, \u00e8 che i sistemi di stoccaggio dell’energia (su larga scala) hanno iniziato a giocare un ruolo molto rilevante nei nostri sistemi di energia elettrica nell’ultimo decennio, e che le batterie sono un elemento chiave per consentire la transizione energetica, essenziale per lo stoccaggio di quote elevate di fonti energetiche rinnovabili variabili. Mentre le batterie e le altre tecnologie di immagazzinamento dell’energia devono ancora affrontare sfide normative e legali per integrarsi nella struttura tradizionale del sistema energetico (generazione, trasporto, consumo) e nei mercati esistenti, un gran numero di sistemi di batterie su scala di rete sono gi\u00e0 stati distribuiti in tutta Europa. Essi contribuiscono, tra l’altro, alla stabilizzazione della frequenza della rete (ad un valore nominale di 50Hz) bilanciando in ogni momento i piccoli divari tra il volume della generazione di energia e il consumo momentaneo di energia.<\/p>\n\n

Quali sono le ragioni per diventare un prosumer con un impianto FV-batteria? <\/h2>\n\n

Gli edifici sono centrali nelle politiche energetiche dell’UE, in quanto rappresentano quasi il 40% del consumo finale di energia. La nuova direttiva sul rendimento energetico degli edifici (EPBD – Energy Performance of Buildings Directive) richiede che il patrimonio edilizio raggiunga una condizione di “Bilancio Energetico quasi Zero” (nZEB – nearly Zero Energy Balance), obbligatoria per tutti i nuovi edifici a partire da dicembre 2020. Il fotovoltaico (FV) sul tetto o integrato nell’edificio \u00e8 senza dubbio la fonte rinnovabile pi\u00f9 competitiva per la generazione locale di energia elettrica e le batterie sono l’opzione migliore per alleviare localmente i problemi associati alla mancata corrispondenza tra il ciclo solare (con un pronunciato picco di mezzogiorno) e il tipico profilo di consumo energetico (tipicamente simile a un profilo a cammello, con picchi mattutini e serali).<\/p>\n\n

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Fig 1: Il trilemma dell’energia: le tre variabili che non possono essere pensate in modo indipendente (sicurezza energetica, sostenibilit\u00e0 ambientale, equit\u00e0 energetica). Questo indice \u00e8 usato dal World Energy Council per valutare la qualit\u00e0 o la salute di un sistema energetico di un paese o di una regione. Immagine ristampata e modificata dal rapporto “World Energy Trilemma Index<\/em>, World Energy Council, 2020\u201d[1]<\/a>.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n

Nella tabella seguente, si cerca di affrontare brevemente il contributo che l’adozione di sistemi residenziali di accumulo a batterie pu\u00f2 fornire a ciascuno degli aspetti suggeriti dal famoso Trilemma dell’Energia<\/em> (vedi Fig. 1).<\/p>\n\n

Sicurezza energetica – Aumento della sicurezza dell’approvvigionamento energetico grazie a una maggiore autarchia, diminuzione del sovraccarico della rete \n<\/span><\/strong \nPer il cliente<\/strong><\/em> \nIl tasso di autosufficienza (o autarchia energetica) delle residenze con solo FV \u00e8 limitato a circa il 30-40%, mentre pu\u00f2 facilmente aumentare a circa il 60-70% con l’adozione di una batteria di stoccaggio adeguatamente dimensionata. Inoltre, i sistemi di stoccaggio a batteria possono eventualmente fornire funzionalit\u00e0 di alimentazione ininterrotta (UPS – uninterrupted power supply) per mantenere l’alimentazione in caso di guasti alla rete.<\/strong> \n \nPer il sistema\/societ\u00e0\/comunit\u00e0<\/strong><\/em> \nGrazie alla loro risposta rapida e alle loro capacit\u00e0 ad alta potenza, le batterie sono uno dei migliori candidati per fornire stabilit\u00e0 al sistema elettrico. Le batterie vanno quindi a sostituire l\u2019inerzia rotante tradizionalmente fornita da diversi generatori come le centrali a carbone. Questa inerzia \u00e8 essenziale per mantenere una frequenza di rete stabile.<\/td><\/tr>
Equit\u00e0 energetica – Batterie come strumento per un’ulteriore decentralizzazione dei sistemi energetici e una maggiore partecipazione pubblica (democrazia energetica) <\/strong> \n<\/span> \nPer il cliente<\/strong><\/em> \nIl prezzo medio dell’elettricit\u00e0 nell’UE per i consumatori domestici \u00e8 stato fissato a 21,3 ct\u20ac\/kWh nel 2020[2]<\/a>. I prezzi delle batterie sono scesi di oltre l’85% dal 2010, permettendo alle tecnologie di autoconsumo (FV + batteria) di diventare competitive in termini di costi. Ora, queste possono finalmente offrire energia ad un costo pi\u00f9 basso di quello della rete pubblica (raggiungendo la cosiddetta grid parity – parit\u00e0 di rete). L’autoconsumo permette un’alta partecipazione sia privata che comunale nell’ulteriore sviluppo verso la transizione energetica (contribuendo cos\u00ec alla democrazia energetica). \n \nPer il sistema\/societ\u00e0\/comunit\u00e0<\/strong><\/em> \nQuando si aggiungono delle batterie agli impianti fotovoltaici privati, si assicura un’interazione pi\u00f9 fluida con la rete, diminuendo sia i picchi di consumo, sia i picchi di eccesso di energia immessa in rete (peak shaving – abbattimento dei picchi). Questo pu\u00f2 ridurre il sovraccarico della rete, ed evitare l’espansione della rete. Quindi, le batterie possono contribuire alla riduzione complessiva dei costi, ottimizzando il funzionamento della rete, facilitando l’accesso all’energia per i segmenti sociali pi\u00f9 vulnerabili. Inoltre, una maggiore competitivit\u00e0 dell’autoconsumo e delle tecnologie di alimentazione ad alta autosufficienza \u00e8 particolarmente importante per quelle aree geografiche con alti costi di generazione o trasporto dell’energia, come le isole o le regioni rurali remote.<\/td><\/tr>
Sostenibilit\u00e0 ambientale – Le batterie permettono l’integrazione di quote maggiori di FER (Fonti di Energia Rinnovabile)<\/strong><\/strong><\/span> \nPer il cliente<\/strong><\/em> \nAggiungere un sistema di batterie a un edificio privato o pubblico per aumentare l’autoconsumo pu\u00f2, nella maggior parte dei paesi europei, a seconda del mix energetico, ridurre significativamente la media ponderata dei fattori di emissione dell’energia consumata. Le emissioni associate all’immagazzinamento delle batterie sono di circa 50 g CO2eq per kWh di energia immagazzinata, mentre l’energia generata dal fotovoltaico ha un’impronta associata di circa 30 g CO2eq\/kWh. In confronto, l’energia da fonti di rifiuti (biomassa) ha emissioni associate di circa 100 g CO2eq\/kWh, e l’energia da impianti a gas o a carbone oltre 250 g CO2eq\/kWh e 350 g CO2eq\/kWh [3]<\/a>rispettivamente. \n \nPer il sistema\/societ\u00e0\/comunit\u00e0<\/strong><\/em> \nI sistemi di immagazzinamento dell’energia forniscono flessibilit\u00e0 al sistema elettrico, in quanto permettono di spostare l’energia a certe finestre temporali per abbinare ed equilibrare la domanda con l’offerta. Pertanto, tali tecnologie sono un componente indispensabile per le moderne reti con alte quote di fonti rinnovabili variabili, per garantire la corrispondenza tra l’offerta e la domanda di energia in ogni momento. Le batterie costituiscono una delle migliori alternative per una grande parte di tali esigenze (per spostamenti di energia da millisecondi a giorni), mentre altre tecnologie come il power-to-gas, potrebbero essere pi\u00f9 competitive per lo stoccaggio stagionale di grandi volumi di energia.<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n

Come si pu\u00f2 vedere, i sistemi di stoccaggio a batteria combinati con impianti fotovoltaici privati hanno un impatto positivo su ciascuno dei vertici del trilemma.<\/p>\n\n

Qual \u00e8 il ruolo delle batterie nel progetto REACT<\/em>?<\/h2>\n\n

I sistemi innovativi di stoccaggio a batteria sono un elemento chiave all’interno del progetto di ricerca REACT finanziato dall’Unione Europea attraverso il programma di ricerca Horizon2020 e sono quindi installati nella maggior parte dei siti dimostrativi coinvolti in tutte le isole pilota: La Graciosa (Spagna), Inis M\u00f3r (Irlanda), e San Pietro (Italia)<\/p>\n\n

Il principale campo di innovazione studiato dal consorzio REACT, in relazione alle tecnologie di accumulo a batterie, si basa sull’integrazione delle batterie all’interno di una piattaforma ICT centralizzata (digitalizzazione), che permette ai sistemi di accumulo a batterie installati di diventare un elemento centrale della strategia di demand response di ciascuno dei siti demo REACT.<\/p>\n\n

Grazie agli sforzi compiuti dai partner del consorzio saranno implementati i canali di comunicazione e le interfacce necessarie per consentire un monitoraggio esteso e un controllo intelligente per analizzare e influenzare le prestazioni delle batterie in ogni sito dimostrativo.<\/p>\n\n

L’integrazione di diversi prodotti del sistema di batterie alla piattaforma REACT si basa sul noto framework open-source di gestione dell’energia OpenMUC[4]<\/a>, o su API di prodotti esistenti (ad esempio, MIDAC API), e fornir\u00e0 alla piattaforma ICT centrale la capacit\u00e0 di controllo per l’azione coordinata di tutti i sistemi di accumulo di energia.<\/p>\n\n

Per ogni cliente, l’integrazione con la piattaforma permette l’utilizzo dei servizi di back-end che la piattaforma fornisce, tra cui ad esempio le previsioni meteorologiche, le stime di generazione di energia e di consumo. Con tali previsioni, il controllo della batteria pu\u00f2 essere programmato per ottimizzare l’utilizzo della batteria. Come esempio, nella Fig. 2 si pu\u00f2 osservare che grazie all’uso di previsioni precise l’energia massima di esportazione (come esempio) pu\u00f2 essere diminuita significativamente.<\/p>\n\n

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Fig. 2: Esempio grafico del bilancio energetico in un giorno di giugno in una famiglia. A sinistra, sono mostrati i profili di potenza di generazione e di consumo. A destra, il bilancio di potenza netta di esportazione risultante (Ppv – Pload) \u00e8 mostrato sotto due diverse strategie di controllo della batteria. Per questo esempio, sono stati assunti 4,5 kWp di impianto FV e una batteria da 4,5 kWh.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n

Come effetto parallelo, l’aggregazione di tutti questi aspetti della batteria all’interno di una piattaforma comune permette alle societ\u00e0 di servizi energetici (ESCO) che gestiscono l’infrastruttura ICT di fornire servizi di rete agli operatori dei sistemi di distribuzione e trasmissione (ad esempio, riserva di contenimento della frequenza), che possono sommarsi ai benefici dell’autoconsumo e offrire ulteriori risparmi ai clienti finali.<\/p>\n\n

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\"\"<\/figure>\n\n\n
\"\"<\/figure>
Fig. 3: Schematic of the ICT integration of household equipment to REACT platform[MBL1]<\/a> [MBL2]<\/a> . A communication gateway connected to the internet enables to exchange information between the assets and the cloud platform. This platform offers analytic and optimization services to all customers
 [MBL1]<\/a>Copyright
 [MBL2]<\/a>This is an image generated by Fraunhofer ISE<\/em><\/figcaption><\/figure>\n\n

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Infine, REACT mira a confrontare le prestazioni di diverse tecnologie, tra cui ioni di litio, piombo-acido avanzato, e sodio-ione, insieme ad altre tecnologie di stoccaggio dell’energia (power-to-gas, per lo stoccaggio stagionale), per fornire alle comunit\u00e0 insulari adeguate conoscenze tecniche sulle migliori tecnologie di stoccaggio dell’energia che dovrebbero essere ulteriormente distribuite per migliorare l’autosufficienza energetica delle isole in modo efficiente ed efficace.<\/p>\n\n

ALLEGATO: Informazioni chiave per l’adozione di un sistema di batteria<\/h2>\n\n

Se gli argomenti presentati vi sembrano convincenti e volete pensare all’installazione di un sistema a batteria (e magari anche aderire alla piattaforma REACT?), abbiamo cercato di raccogliere una piccola guida di informazioni chiave che dovrebbero essere presi in considerazione all’inizio.<\/p>\n\n

Quali sono le tecnologie di batterie pi\u00f9 comuni? \n<\/span><\/strong> \nLe tecnologie pi\u00f9 comuni per lo stoccaggio residenziale dell’energia in Europa sono le batterie agli ioni di litio (con pi\u00f9 dell’80% delle installazioni recenti), le batterie al piombo e le batterie a flusso redox. Le batterie agli ioni di litio continuano a migliorare significativamente (comprese le prestazioni, la sicurezza e l’efficienza dei costi) e saranno probabilmente l’opzione tecnologica dominante per il prossimo decennio. Altre nuove tecnologie con elettroliti a base di acqua salata (materiali pi\u00f9 ecologici e ricchi di terra) sono gi\u00e0 disponibili e possono diventare un concorrente in termini di prestazioni e costi nel prossimo futuro.<\/td><\/tr>
Quali sono le componenti principali?<\/strong> \n<\/span>Un sistema di stoccaggio a batteria \u00e8 principalmente compostoda un pacco batterie (contenente principalmente le celle elettrochimiche ricaricabili) e un convertitore di potenza, tra cui un caricabatterie e un inverter, che permette la trasformazione della corrente continua (DC) in corrente alternata (AC). Altri componenti minori includono fusibili e contatori di energia, insieme ad altri componenti opzionali.<\/td><\/tr>
Come si collega l\u2019impianto?<\/strong> \n<\/span>BI sistemi di batteria sono di solito collegati al quadro elettrico principale di un edificio, come gli impianti fotovoltaici (FV), e devono essere eseguiti da tecnici qualificati. Per quanto riguarda la tipologia del sistema (la connessione tra FV e batteria), le opzioni principali sono (i) accoppiate in CC o (ii) accoppiate in CA. Le tipologie accoppiate in CC sono raccomandate in caso di installazione simultanea di FV e batteria, mentre l’accoppiamento in CA \u00e8 preferito per le installazioni di sistemi a batteria che si adattano o si aggiungono a sistemi FV gi\u00e0 esistenti. \n \n\"\"<\/td><\/tr>
Qual \u00e8 la giusta dimensione della batteria?<\/strong> \n<\/span>Anche se una valutazione professionale \u00e8 altamente raccomandata per ogni caso d’uso, poich\u00e9 il giusto dimensionamento dei sistemi di batterie – FV dipende fortemente dalle condizioni regionali e nazionali e dagli aspetti tecnici particolari di ogni edificio, una stima del dimensionamento per un maggiore autoconsumo pu\u00f2 essere: la dimensione del FV (kWp) pu\u00f2 essere selezionata per raggiungere una resa elettrica (produzione) simile al consumo di energia all’anno, raggiungendo cos\u00ec un bilancio energetico zero con tale capacit\u00e0 FV, l’immagazzinamento della batteria con una capacit\u00e0 simile (kWh) alla dimensione FV selezionata (circa 1 kWh per kWp) \u00e8 una buona approssimazione per un corretto dimensionamento .<\/td><\/tr>
Quanto \u00e8 ingombrante il sistema di batteria?<\/strong> \n<\/span>I sistemi di batterie residenziali hanno in solitamente un volume non superiore a quello di una lavastoviglie (o pi\u00f9 piccolo), e possono essere montati a terra (norma, al chiuso) o appesi al muro.<\/td><\/tr>
Quanto costa?<\/strong> \n<\/span>A partire dal 2020, e a seconda della tecnologia e delle dimensioni, un costo chiavi in mano di circa 1000 \u20ac\/kWh pu\u00f2 essere raggiunto per un tipico sistema di stoccaggio residenziale con una capacit\u00e0 tra 5 e 10 kWh.<\/td><\/tr><\/tbody><\/table><\/figure>\n
\n\n

[1] https:\/\/www.worldenergy.org\/assets\/downloads\/World_Energy_Trilemma_Index_2020_-_REPORT.pdf<\/a><\/p>\n\n

[2] https:\/\/ec.europa.eu\/eurostat\/statistics-explained\/images\/2\/2d\/Development_of_electricity_prices_for_household_consumers%2C_EU-27%2C_2008-2020_%28EUR_per_kWh%29_v4.png<\/a><\/p>\n\n

[3] Associated emission factors according to the latest values published by the Covenant of Mayors for Climate and Energy initiative (CoM). https:\/\/ec.europa.eu\/jrc\/en\/publication\/covenant-mayors-climate-and-energy-default-emission-factors-local-emission-inventories-version-2017<\/a><\/p>\n\n

[4] www.openmuc.org<\/a><\/p>\n\n

Lluis \u00a0Millet Biosca<\/strong> (FHG ISE<\/a>)<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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