Fotovoltaico 2.0 (2°parte): Sistemi di Accumulo

I Sistemi di Accumulo sono un insieme di dispositivi, apparecchiature e logiche di gestione e controllo, funzionali ad assorbire e rilasciare energia elettrica, previsti per funzionare in maniera continuativa in parallelo con la rete con obbligo di connessione di terzi o in grado di comportare un’alterazione dei profili di scambio con la rete elettrica (immissione e/o prelievo). Il sistema di accumulo può essere integrato o meno con un impianto di produzione (se presente).

La pubblicazione della delibera 642/2014/R/eel dell’AEEGSI, definisce ulteriori disposizioni relative all’installazione e all’utilizzo dei Sistemi di Accumulo, integrando la Delibera 574/2014/R/eel e recependo le Varianti alle Norme CEI 0-16 e CEI 0-21, che hanno l’obiettivo di introdurre alcune prescrizioni relative a tutte le fasi del funzionamento dei Sistemi di Accumulo (dall’avviamento, sincronizzazione e presa di carico, al funzionamento continuativo in parallelo alla rete, fino all’esercizio in tempo reale) per garantire il contributo dei predetti sistemi alla sicurezza e alla corretta gestione del complessivo sistema elettrico nazionale.

Il CEI ha inoltre evidenziato nelle Varianti le diverse modalità e configurazioni secondo cui possono essere installati i Sistemi di Accumulo:

  • Configurazione 1: Sistema di Accumulo lato produzione monodirezionale;
  • Configurazione 2: Sistema di Accumulo lato produzione bidirezionale;
  • Configurazione 3: Sistema di Accumulo post produzione bidirezionale.

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Finalmente disponiamo di basi regolatorie stabili per implementare le soluzioni di accumulo elettrico nel sistema elettrico italiano rendendolo più flessibile ed in grado di ricevere, in maniera sempre più efficace ed efficiente, sia l’energia immessa dagli impianti esistenti alimentati da fonti rinnovabili non programmabili (fotovoltaico, eolico, ecc.) che accedono alle tariffe incentivanti (ad eccezione degli impianti che beneficiano del primo Conto Energia in scambio sul posto), allo scambio sul posto e ai prezzi minimi garantiti, sia quella proveniente dalle future installazioni.

Come detto, i Sistemi di Accumulo rappresentano una tecnologia strategica per garantire i servizi necessari alla stabilità e alla sicurezza del sistema elettrico e per evitare il rischio di dover limitare la produzione delle fonti rinnovabili; tali sistemi consentono di far fronte a tutte o quasi le esigenze degli utilizzatori finali ma anche a tutte le molteplici e complesse esigenze del sistema elettrico, tra cui:

Regolazione di frequenza: la penetrazione delle fonti rinnovabili non programmabili può portare ad una riduzione dello lo spazio a disposizione delle unità di produzione termoelettriche ed idroelettriche in grado di fornire regolazione primaria e secondaria. Quindi, in caso di guasto ad un’unità di produzione con relativo deficit improvviso di generazione, la frequenza deriva più velocemente verso il black-out;
Regolazione di tensione: uno dei servizi di rete che i sistemi di accumulo possono fornire, consiste nel contributo alla regolazione di tensione mediante scambio di potenza reattiva. Si tratta in realtà di una caratteristica propria del sistema di conversione, in grado di sfasare la corrente in anticipo o in ritardo rispetto alla tensione ai morsetti di macchina, fino ai limiti di corrente del convertitore stesso.
Risoluzione di congestioni zonali: poiché la realizzazione dei necessari sviluppi della rete richiede tempi medio-lunghi, nel breve termine il problema può essere affrontato ricorrendo all’installazione di sistemi di accumulo. È possibile accumulare energia scaricando la linea in caso di sovraccarico, per reimmettercela quando il rischio di congestione è cessato. In tal modo, è possibile anche differire nel tempo gli investimenti nella rete.
Time shift: acquistare energia per immagazzinarla nelle ore in cui i prezzi sono bassi, al fine di rivenderla (o utilizzarla) nelle ore in cui i prezzi sono più elevati. I benefici di tale servizio risiedono in una minore necessità di chiamare in servizio le unità termoelettriche meno efficienti e/o più costose ed in un incremento della domanda nelle ore di valle, nelle quali, nell’attuale situazione di overcapacity, molti impianti termoelettrici faticano a restare accesi.
Incremento dell’autoconsumo: negli ultimi anni si sono succeduti più provvedimenti per incentivare la produzione di energia da conversione fotovoltaica (Conto Energia). Con la fine delle incentivazioni è comunque rimasta conveniente la formula dell’autoconsumo, in quanto il prezzo di acquisto dell’energia elettrica è maggiore di quello di vendita. Per aumentare la frazione di autoconsumo del FV è possibile utilizzare gli accumuli di energia posti nella rete elettrica dell’utente.

consumo_fvaccumulo

Un recente studio afferma che il costo del kWh da un impianto fotovoltaico dotato di batteria nel nostro Paese si dimezzerà nel giro di 5 anni. Vorrebbe dire che in Italia entro il 2020 prodursi da soli l’elettricità e immagazzinarla in batterie costerebbe da meno della metà a un terzo rispetto ad acquistarla dalla rete.

Come funziona

Quando l’impianto produce (di giorno), una parte dell’energia viene autoconsumata e una parte (quella in surplus) viene stoccata temporaneamente per essere utilizzata la sera quando i moduli fotovoltaici non producono. Così la sera, anziché acquistare energia dalla rete, a un prezzo che per i clienti residenziali è di circa 0,20 €/kWh, verrà utilizzata quella prodotta e stoccata di giorno nelle batterie. In questo modo si riducono i costi in bolletta: in linea di massima con un autoconsumo del 70% il costo di un impianto fotovoltaico domestico con batterie, realizzato beneficiando delle detrazioni fiscali del 50%, viene ammortizzato in 8-9 anni.

Fra le soluzioni tecnologiche oggi disponibili e in fase di ulteriore sviluppo rivestono particolare interesse gli accumuli di tipo elettrochimico.

Passiamo ora a vedere le principali caratteristiche di tre tipologie di sistemi di accumulo elettrochimico:

  1. gli accumulatori al piombo sono state le prime batterie ricaricabili introdotte nel mercato, sono tutt’ora le più comuni e le più usate grazie al costo decisamente basso, alla maturità della tecnologia, alla loro facilità di realizzazione e all’elevata densità energetica.
    Le classiche batterie al piombo che si trovano in commercio sono da 12 V o 24 V e sono adibite soprattutto all’uso automobilistico. Il loro funzionamento sfrutta le classiche reazioni di ossidoriduzione al catodo e all’anodo.VRLA
    Tra le diverse tipologie di batterie al piombo, particolare interesse nell’ambito dell’energy storage lo ricoprono le cosiddette batterie VRLA, ossia le Valve-Regulated Lead-Acid Battery.
    Questa tipologia di accumulatori differisce dalle classiche batterie al piombo esaminate nel capitolo precedente in quanto sono realizzate secondo una tecnologia che non richiede manutenzione poiché queste batterie non necessitano dell’aggiunta di acqua nelle celle.
    Questi accumulatori, chiamati anche Sealed Battery (batterie sigillate), si presentano in commercio secondo due tecnologie costruttive:
    – AGM (Absorbed Glass Mat);
    – Batterie al Gel;
  2. gli accumulatori al litio sono a tutt’oggi i più impiegati nell’elettronica di consumo e rappresentano quindi la tipologia di batterLitioia commerciale più diffusa in assoluto sul mercato.
    In maniera del tutto simile all’architettura delle tradizionali batterie, gli accumulatori al litio
    presentano un catodo (polo positivo) e un anodo (polo negativo). Il catodo è formato da un ossido metallico, in questo caso ossido di Litio metallico, l’anodo invece è formato da carbonio poroso.
    Il motivo per cui queste batterie trovano un così largo impiego è il materiale con il quale esse sono realizzate, il Litio infatti è il più leggero dei metalli e proprio questa sua caratteristica rappresenta uno dei punti di forza di queste batterie poiché il loro peso è molto contenuto.
    Risulta chiaro, quindi, quale sia il motivo che rende più vantaggioso l’utilizzo delle batterie con tecnologia al litio. Esse sono caratterizzate dall’avere alte densità energetiche. peso ridotto, facilità di ricarica in corso, sicurezza e maggiore durata.
    Tuttavia, il costo attuale è proibitivo per la distribuzione su larga scala per lo stoccaggio di casa, ma la produzione di scala potrebbe contribuire a ridurre i costi in modo sostanziale nel breve termine;Sale_Fuso1
  3. le batterie al sale fuso sono una tipologia di batterie che sfruttano come elettrolita una sale che diviene allo stato fuso ad alte temperature. Il vantaggio principale che si ottiene nell’impiego di questa tipologia di batterie è un’alta densità energetica e un’elevata conducibilità ionica dell’elettrolita, oltre che una completa insensibilità alle condizioni operative dovute alla temperatura dell’ambiente di lavoro.
    Queste batterie sfruttano le proprietà chimiche del sodio all’anodo, utilizzato soprattutto per il suo peso ridotto, la sua natura non tossica, la sua economicità e la sua elevata disponibilità in natura.