Accumuli elettrici - La Bottega dell'Energia

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Energie rinnovabili
Accumuli elettrici

Di accumulo dell’energia elettrica si è iniziato a sentir parlare diffusamente soltanto negli ultimissimi anni e principalmente nell’ambito del fotovoltaico. Infatti, con la fine del Quinto Conto Energia l’accumulo è diventato, assieme all’efficientamento dei consumi elettrici di un’abitazione o di una PMI ed al meccanismo delle detrazioni fiscali, una delle principali leve per l’ulteriore sviluppo del fotovoltaico.

In realtà i sistemi di accumulo elettrico dedicati agli impianti ad energia rinnovabile esistono già da molti anni. In aggiunta, sistemi di accumulo vengono già utilizzati a tutti i livelli della rete di distribuzione e trasmissione nazionale dell’energia elettrica. E sempre più verranno utilizzati.

Nuovi modelli di rete

Il sistema delle reti elettriche a livello globale (e dunque anche europeo e italiano) negli ultimi anni è stato interessato da una continua evoluzione tecnica, gestionale ed economico-finanziaria.

Il processo, tuttora in corso, è dovuto a numerosi fattori, tra i quali il primo è la diffusione delle rinnovabili elettriche. La progressiva espansione degli impianti per la produzione di energia elettrica pulita ha determinato profondi mutamenti del modello di rete e nelle tecniche per la sua corretta ed efficiente gestione.

In questa situazione, assai dinamica, durante gli ultimi anni non poteva non inserirsi in modo del tutto naturale la funzione dell’accumulo, essenziale nell’ottica della gestione intelligente dell’energia, ovvero del controllo dei flussi energetici per mezzo di dispositivi smart collocati a tutti i livelli della rete, in grado, in base ad algoritmi di calcolo ed attuazione prefissati, di adattare gli schemi di funzionamento della rete stessa alle diverse situazioni contingenti.

Il tradizionale modello di rete a cinque funzioni logiche è stato sostituito da quello a sei funzioni. Il vecchio modello di rete, basato sulle fonti di energia convenzionali (fossili) prevedeva i seguenti compiti:

  • La generazione di energia elettrica a partire dalle fonti fossili

  • La trasmissione di energia elettrica dai punti di generazione alle grosse aree di distribuzione

  • La distribuzione di energia elettrica agli utenti finali

  • L’assorbimento di energia elettrica da parte delle utenze finali


Il nuovo modello di rete vede aggiunta la funzione di gestione intelligente dell’energia elettrica. (alla quale, oggigiorno, ci si riferisce con l'aggettivo inglese smart). Essa risulta interfacciabile con tutte le funzioni del vecchio modello, che risultano inoltre modificate rispetto al passato, e in particolare:

  • Alle fonti convenzionali si sono aggiunte le fonti rinnovabili, con la grossa differenza che le prime, pur non rinnovabili, possono essere facilmente gestite nel breve-medio periodo, mentre la maggior parte delle seconde risultano non programmabili (ad esempio, non sempre è facile prevedere se e quanto vento e/o irraggiamento solare ci sarà in un determinato sito)

  • Ai generatori tradizionali, collocati in grosse centrali (generazione centralizzata) si sono affiancati i generatori ad energia rinnovabile, collocati in parte ancora in modo concentrato, ma in larghissima parte in modo distribuito sul territorio (e dunque sulla rete), fino ad essere posti molto spesso in coincidenza delle utenze finali (basti pensare, ad esempio, ad un impianto fotovoltaico installato sul tetto di un’abitazione, che scambia energia elettrica con la rete in modo bidirezionale: l’utenza per certi periodi si comporta da carico, per altri funge anche da generatore)


Le sotto-reti di trasmissione e di distribuzione stanno diventando (o comunque dovranno diventare) di tipo smart; dovranno cioè essere equipaggiate in modo da poter gestire in maniera "intelligente" i flussi di potenza elettrica, non più unidirezionali come in passato


Le utenze finali, infine, dovranno anch’esse diventare smart, consentendo un efficace "dialogo" con il gestore della rete elettrica da una parte e con i propri carichi elettrici dall’altra

Nella figura qui sotto rappresentiamo schematicamente i due modelli di rete descritto:


Le funzioni svolte

La funzione di storage, ovvero l’accumulo dell’energia elettrica prodotta mediante impianti che utilizzano fonti rinnovabili, in passato era riservata unicamente agli impianti ad isola (eolici o fotovoltaici), a partire dalle prime applicazioni spaziali degli anni ’40.

La comparsa di sistemi di accumulo negli impianti grid-connected (connessi cioè alla rete elettrica del Distributore) è  avvenuta soltanto a partire da una decina d’anni e, nell’ottica della gestione smart dei carichi energetici, sta assumendo un ruolo sempre più importante.

Le possibili applicazioni dei sistemi di accumulo, in supporto a quelli di gestione smart, sono molteplici e non facilmente identificabili. Spesso, infatti, un sistema di accumulo svolge funzioni riguardanti più settori tecnici, molte volte sovrapposti fra di loro.

In ogni caso, un sistema di accumulo supporta due principali tipi di servizio:

  • Il servizio di potenza, quando è preposto all’ottimizzazione "istantanea" degli scambi di potenza lungo la rete elettrica (dai punti di generazione a quelli di utilizzo)

  • Il servizio di energia, quando invece concorre a determinare i corretti scambi di potenza per periodi molto più lunghi


Grazie all’intrinseco differimento temporale fra la produzione e l’utilizzo dell’energia elettrica, per entrambi i tipi di servizio gli accumuli possono svolgere almeno quattro tipi di funzione:

  • Ottimizzazione economica, con eventuali vantaggi legati ai sistemi di incentivazione in atto nei vari Paesi

  • Continuità nella disponibilità dell’energia elettrica: la presenza di sistemi di accumulo può garantire le utenze, le centrali di generazione ed i distributori da eventuali black-out

  • Miglioramento della power quality (qualità della potenza e dell’energia elettrica) della rete: gli accumulatori, dei veri e propri "serbatoi" di energia elettrica, possono infatti garantire alcun specifiche operazioni di "ripulimento" delle forme d’onda di tensione e di corrente "sporcate" dalla presenza di dispositivi elettronici (come, ad esempio, gli inverter).

  • Ottimizzazione degli scambi sul libero mercato: gli accumuli consentono di "conservare" l’energia elettrica prodotta in quei momenti in cui il prezzo di mercato è basso e rivenderla quando questo aumenta


Per ogni settore esistono soluzioni ed applicazioni che, già allo stato attuale, possono essere considerate degli standard, così come riassumiamo nella seguente tabella:



Come scegliere?

Il mercato degli accumulatori è da qualche anno in grande fermento. Dopo gli innumerevoli lanci pubblicitari di prodotti mai realizzati oppure commercializzati ma subito ritirati dal mercato, stiamo assistendo ad un vera e proprio "maturità" del settore.

Ecco alcuni esempi di prodotti attualmente in commercio, destinati al mercato residenziale (naturalmente quelli qui riportati sono, appunto, soltanto esempi: il mercato offre attualmente un’ampia gamma di soluzioni):








La selezione dei dispositivi di accumulo da impiegare dipende da numerosi fattori e calcoli ingegneristici. Il grafico qui sotto mostra le diverse tipologie di accumulatori ad oggi disponibili a seconda delle potenze di impiego e dei tempi di scarica tipici di ciascun dispositivo:




La corretta scelta, specie nell’ambito residenziale, deve basarsi sia su calcoli tecnici, sia su considerazioni economico-finanziarie. Inoltre il sistema di accumulo viene spesso installato in sinergia con sistemi di monitoraggio e di ottimizzazione dei carichi elettrici, di modo da massimizzare l’autoconsumo di energia (ossia in modo da rendere massimo il consumo dell’energia autoprodotta mediante l’impianto a fonte rinnovabile).

Per poter scegliere correttamente il sistema di accumulo è quindi inevitabile affidarsi ad un progettista competente e/o ad un consulente energetico che abbia maturato una certa esperienza (teorica e pratica) anche in quest’ambito.

 
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