Roberto Romita – Industrial Key Account Manager – Industrial Division di Sparq, analizza le caratteristiche e i vantaggi dei BESS, i sistemi di accumulo a batteria.
Avevamo parlato qualche tempo fa dei BESS applicati all’agricoltura e dei benefici che possono generare sia per l’autoconsumo che per le reti di distribuzione. Oggi cogliamo l’occasione per affrontare più nel dettaglio il discorso del bilanciamento (e sbilanciamento) delle reti, poiché scostamenti fra potenza generata e consumata possono essere causa di grossi inconvenienti. Ciò che è successo in Spagna a fine Aprile, sebbene non vi sia la matematica certezza delle reali cause, è con tutta probabilità da imputarsi a un breve ma significativo sbilanciamento fra quantità di potenza prodotta e assorbita. Non solo, perché l’attuale struttura della rete spagnola è caratterizzata da una quantità di impianti foto-elio voltaici che contribuiscono in misura importante al fabbisogno energetico nazionale. A quanto pare fra le ipotesi più probabili circa le cause che hanno scatenato un massiccio blackout vi è proprio lo squilibrio fra l’energia proveniente dalla produzione tradizionale e quella immessa in rete proveniente dagli impianti che sfruttano le energie rinnovabili; al momento del guasto si è stimato che circa il 78% dell’elettricità immessa nella rete proveniva da fonti green.
Prima di analizzare le cause e ragionare sul “cosa può essere andato storto” facciamo una premessa. È noto che l’energia elettrica, una volta prodotta, non può essere stoccata nella normale rete di trasmissione e, come accennato, per avere una rete equilibrata dovrà esserci un certo quantitativo di energia immessa in rete che dovrà corrispondere al valore di energia prelevata da tutte le utenze. Questo significa che deve per forza esserci un’equivalenza fra produzione e consumo. I sistemi di generazione di energia lavorano sostanzialmente in modo istantaneo e in proporzione all’assorbimento istantaneo, aumentando o diminuendo la potenza generata in modo da mantenere l’equilibrio. Vi è comunque un range di scostamento che, seppur lieve, consente di provvedere qualora vi sia un picco o un calo di domanda.
Tuttavia quando in una rete di distribuzione parallelamente alle centrali elettriche vanno ad affiancarsi tanti (piccoli) impianti di generazione, le cose si complicano. E si complicano in maggior misura quando la generazione deriva da fonti come il solare e l’eolico, la cui previsione produttiva è strettamente legata dal mutamento delle condizioni meteorologiche. È infatti impossibile prevedere con precisione il calo o l’aumento della produzione energetica effettuata con tali energie, poiché le condizioni meteo cambiano continuamente; basti soltanto pensare a come può cambiare il rendimento degli impianti quando il cielo è pieno di nuvole e la variabile intensità dei venti. A questo punto a fronte di una ipotetica stabilità della rete, riferita alla produzione tramite centrali, si affianca una porzione instabile proveniente dagli impianti rinnovabili. Ora consideriamo anche che i gestori di rete, per poter mantenerne il bilanciamento, acquistano riserve di energia dal mercato della regolazione della frequenza. In questo mercato l’offerta proviene sia dagli enti produttori che da utenti privati (impianti rinnovabili). Tuttavia, la crescente domanda di energia potrà mettere davvero sotto sforzo tutta la rete pur essendo predisposta per mantenere gli equilibri.
Il blackout perché?
L’esempio del blackout avvenuto in Spagna pone qualche interessante interrogativo in tema di consumi e sistemi di distribuzione. Quando si parla di blackout solitamente si è portati ad identificarlo come tipico evento del periodo primaverile-estivo, conseguenza dei picchi di domanda dovuti ad esempio da carichi “importanti” come gli impianti HVAC. Tuttavia, va considerato che il blocco dell’erogazione può avvenire anche quando si verifica un eccesso di produzione energetica oppure un repentino calo dell’assorbimento. Sulle possibili cause del grosso guasto avvenuto in Spagna, poniamo nuovamente l’attenzione sull’ultimo aspetto, ossia l’equilibrio delle reti. Con il proliferare degli impianti che consentono l’autogenerazione, può sorgere il problema del picco di energia disponibile non consumata. Esse risulta come sommatoria fra il quantitativo prodotto dalle centrali tradizionali, i grandi impianti foto-eolici e gli impianti di autogenerazione collegati alla rete. Per meglio comprendere in quale modo sono correlate queste tre tipologie di impianto, possiamo indicare che in Spagna nel 2024 gli impianti di generazione da fonti rinnovabili hanno coperto ben oltre il 50% della domanda totale. All’interno di questa percentuale (dove è presente anche l’idroelettrico, ma non è di importanza per la nostra analisi) vi è una ripartizione fra l’eolico e il solare che coprono rispettivamente il 21 e 19%.
Con un 40% di generazione energetica, che non tiene conto dei piccoli impianti per l’autoconsumo (che comunque sono annessi alla rete), questa percentuale è destinata a salire. A questo punto, quando il “pacchetto generativo” di energia è suddiviso in un 60-40% fra tipologie di produzione, può essere benissimo soggetto a sbilanciamenti anche significativi.
Reti sbilanciate, guai anche grossi
Per squilibrio significativo si intende un incremento o decrescita della frequenza in Hz della rete. Un’analogia di scostamento può essere individuata nel blackout avvenuto in Italia nel 2023, dove il valore di variazione scese di oltre 1 Hz (1,3). La norma europea CEI EN 50160 stabilisce che lo scostamento di frequenza non debba superare l’1% rispetto alla frequenza nominale di 50 Hz. Ciò significa che la frequenza non deve oltrepassare i 50,5 oppure scendere al di sotto dei 49,5 Hz. Quando questo genere di sbalzi oltrepassa i limiti prescritti, la rete è strutturata per reagire:
- Sganciando in modo coerente una parte della potenza disponibile qualora lo scostamento di frequenza sia crescente
- Agganciando altre sorgenti di energia quando lo sbilanciamento della frequenza scende al di sotto del valore nominale
Nel nostro Paese, ad esempio, si ricorre alla connessione/disconnessione dall’energia importata, poiché non si ha a disposizione un quantitativo sufficiente di sorgenti di energia che possano mantenere bilanciata la rete. Nell’auspicabile caso che in Italia le fonti rinnovabili sostituiscano gradualmente parte dell’energia importata, va tenuto conto di un fondamentale requisito che è quello di riuscire a integrare ad arte tutte le fonti nel mix di generazione. Sembra un discorso più che ovvio, tuttavia va sottolineato il fatto che la proliferazione degli impianti di autogenerazione (vale a dire quelli connessi alla rete) può alla lunga rappresentare una grossa incognita. Un punto di domanda non da poco se si considera che, in egual modo rispetto ai grossi impianti rinnovabili, anche questi ultimi non possono avere un rendimento costante. Prendiamo nuovamente ad esempio la percentuale di ripartizione delle fonti iberiche: se il 40% è formato da fonti rinnovabili, in queste rientrano anche le sorgenti installate per l’autoconsumo e resa in rete. Ecco che nasce una problematica di controllo, ovvero se non è possibile ottenere un monitoraggio e controllo precisi su tutto il “pacchetto” del rinnovabile, vale a dire la quantità precisa, risulterà estremamente complesso il discorso di bilanciamento attraverso la connessione/disconnessione.
Il BESS può servire?
Quando si parla di BESS la tendenza è quella di relegarli soltanto come accessorio necessario agli impianti di autogenerazione. Questi sistemi BESS possono invece ricoprire un ruolo importante per evitare grossi guai alla rete elettrica. Come noto i sistemi di stoccaggio di energia a batteria sono delle vere e proprio riserve possono diventare indispensabili durante gli sbalzi della rete. In più occasioni è stato scritto che la causa del blackout spagnolo sia da imputarsi alla generazione con rinnovabili. Alla luce di questo dobbiamo innanzitutto fare una considerazione: la differenza esistente fra sistemi di generazione direttamente collegati in rete e sistemi di generazione collegati, ma dotati di BESS.
A differenza delle centrali, gli impianti che sfruttano le rinnovabili non possono essere fermati, ossia un pannello fotovoltaico, ad esempio, continua a produrre energia a prescindere che sia collegato o meno. Se il pannello viene scollegato produrrà comunque un quantitativo di energia che andrà “sprecato”. Il punto della questione risiede proprio nel fatto che il surplus di energia dovrebbe essere stoccato il più possibile in un sistema BESS, non solo per l’autoconsumo, ma anche per contribuire in misura crescente al bilanciamento della rete. Questo concetto non è altro che la smart grid, dove si prevede che qualsiasi impianto di stoccaggio di energia possa essere immediatamente e all’occorrenza convertito in sorgente di backup. Rimane la complessa questione dell’integrazione coerente delle sorgenti rinnovabili poiché, come abbiamo analizzato, la perfetta coesione di tutti i sistemi di generazione consente un controllo accurato. Un crescente numero di BESS può diventare una risorsa preziosa per salvaguardare valorizzare l’energia in un transitorio di surplus come anche per immettere la parte mancante ed evitare potenziali gravi guasti alle reti di distribuzione.