BESS: Ottimizzazione energetica grazie allo stoccaggio in batteria.
I sistemi di stoccaggio energetico in batteria (BESS - Battery Energy Storage System), rappresentano una tecnologia in rapida diffusione nel settore delle energie rinnovabili e della gestione efficiente dell'energia. Queste soluzioni offrono un metodo flessibile e affidabile per accumulare energia elettrica, consentendo un utilizzo ottimale delle fonti energetiche rinnovabili come il fotovoltaico o l'eolico. Allo stesso tempo migliorano la stabilità e l'affidabilità delle reti elettriche.
In Italia il BESS ha già raggiunto una notevole diffusione, con una capacità totale che nel 2023 si attesta a 2,3 GW e una capacità massima di 3,9 GWh. Quasi tutti i sistemi installati sono combinati con impianti fotovoltaici e oltre il 97% in ambito residenziale. La tecnologia più diffusa è quella che utilizza batterie agli ioni di litio. Queste attualmente coprono il 99% del mercato, quasi interamente (92%) con dimensioni inferiori a 20 kWh. Anche il futuro di questa tecnologia appare promettente: secondo l'ultimo rapporto di McKinsey, entro il 2030 il mercato globale dei sistemi di stoccaggio energetico a batteria raggiungerà un valore compreso tra 120 e 150 miliardi di dollari, più del doppio della dimensione attuale.
Come funziona un BESS?
Un BESS è un sistema costituito da batterie in grado di convertire l'energia elettrica in energia chimica (fase di carica) e di riportarla nuovamente in forma elettrica quando necessario (fase di scarica). Le batterie installate garantiscono numerosi cicli di carica e scarica, con una capacità di stoccaggio che può variare da pochi secondi a 4-8 ore, consentendo di rispondere rapidamente sia all'assorbimento che alla domanda improvvisa di energia.
I diversi tipi di sistemi installati si distinguono per le tipologie di batterie integrate. Tra le tecnologie più diffuse vi sono le batterie agli ioni di litio (Li-ion), che costituiscono il 90% del mercato globale delle batterie per l'accumulo in rete. La batterie al litio garantiscono una elevata efficienza specifica, ma hanno un alto costo e richiedono l'adozione di sistemi di sicurezza per prevenire i sovraccarichi. Negli ultimi anni il costo di queste batterie si è progressivamente ridotto, rendendo ancora più vantaggiosa il loro impiego nei sistemi di stoccaggio. Le altre tipologie utilizzate, che permettono di soddisfare le esigenze più variegate, sono in prevalenza quelle al piombo acido, al nichel-cadmio e al flusso redox. Inoltre è in costante crescita l'utilizzo della tecnologia al sodio-zolfo, grazie alla significativa disponibilità delle materie prime necessarie per la sua produzione che ne ha favorito la ricerca e lo sviluppo.
Quali sono i vantaggi del BESS?
I sistemi di accumulo di energia a batteria offrono numerosi benefici, sia dal punto di vista ambientale che economico, migliorando l'affidabilità e la redditività delle fonti energetiche rinnovabili. Questi sistemi sono fondamentali a stabilizzare l'approvvigionamento energetico, compensando l'intermittenza le fluttuazioni nella produzione di energia solare ed eolica. Grazie al BESS l'energia accumulata è disponibile in qualsiasi momento per essere utilizzata. I principali vantaggi dei sistemi BESS:
Benefici Ambientali
L'adozione di sistemi BESS contribuisce significativamente alla riduzione dell'impatto ambientale, supportando la transizione verso un sistema energetico più sostenibile. Questi sistemi permettono di massimizzare l'utilizzo delle fonti rinnovabili, riducendo la dipendenza dai combustibili fossili e, di conseguenza, le emissioni di gas serra.
Riduzione dei Costi Energetici
I BESS consentono agli utenti di immagazzinare energia quando il suo costo è più basso e di utilizzarla durante i periodi di maggiore domanda e costi più elevati. Questo porta a un risparmio economico significativo e rende l'energia solare ancora più vantaggiosa.
Indipendenza dalla Rete Elettrica
Con i sistemi BESS, gli utenti possono godere di una maggiore indipendenza dalla rete elettrica. Questo è particolarmente vantaggioso in situazioni di instabilità della rete o durante interruzioni dovute a condizioni meteorologiche estreme o a picchi di domanda.
Disponibilità energetica continua
I BESS garantiscono una fornitura energetica ininterrotta, compensando l'intermittenza delle fonti rinnovabili. Questo significa che l'energia è disponibile 24 ore su 24, indipendentemente dalla presenza del sole o del vento.
Backup in caso di interruzioni
In caso di interruzioni della rete, i sistemi BESS forniscono un'importante fonte di backup, assicurando la continuità delle operazioni e la sicurezza energetica. Questo aspetto è fondamentale per le attività commerciali e produttive che richiedono una fornitura energetica costante.
Maggiore efficienza grazie all'Intelligenza Artificiale
L'applicazione dell'intelligenza artificiale (AI) nei sistemi di accumulo a batteria, rappresenta un campo di ricerca e sviluppo in rapida evoluzione. L'AI può contribuire significativamente in diversi aspetti dei BESS, tra cui la previsione, l'ottimizzazione, la gestione della salute della batteria e la riduzione dei costi operativi. Questi sistemi giocano un ruolo cruciale nell'integrazione delle energie rinnovabili nelle reti elettriche, nella gestione della domanda di energia e nell'aumento dell'efficienza e della resilienza delle infrastrutture energetiche.
Previsione e Ottimizzazione
Algoritmi di machine learning e deep learning possono analizzare grandi quantità di dati storici e in tempo reale per identificare pattern e tendenze, prevedendo con maggiore precisione i momenti in cui conviene caricare o scaricare energia. Per esempio l'AI può analizzare una combinazione di dati meteorologici e satellitari, modelli di previsione meteorologica e analisi statistica per effettuare previsioni sulla produzione e il consumo di energia. Questo si traduce in maggiore efficienza e minori costi di sistema.
Manutenzione predittiva
L'AI consente agli operatori di intervenire immediatamente per la manutenzione preventiva. Raccogliendo dati da diversi sensori e confrontandoli con dati storici, l'AI impara a rilevare errori e anomalie tipici su una serie di sottosistemi (elettrici, chimici, termodinamici) e a notificare gli operatori prima che si verifichi un guasto. Ciò aiuta a ridurre i tempi di inattività, migliorare la durata dei sistemi di immagazzinamento, massimizzare i profitti.
Riduzione dei Costi Operativi
Gli algoritmi intelligenti consentono al sistema di decidere autonomamente quando immagazzinare energia, sfruttando i periodi di basso costo dell'energia, e quando rilasciarla, massimizzando i benefici economici. Pertanto, i sistemi di immagazzinamento energetico con IA sono in grado di equalizzare i prezzi dell'energia e ridurre al minimo i rischi indipendentemente dalla stagione o dalla domanda di elettricità.
Principali Componenti dei BESS
Un sistema di stoccaggio energetico è principalmente costituito da tre categorie di componenti che lavorano insieme per contribuire alla stabilità della rete elettrica e all'integrazione delle fonti di energia rinnovabile.
Componenti della Batteria:
- Pacco Batteria: Un insieme di celle collegate per raggiungere la tensione e la capacità desiderate. Le celle compongono i moduli che, insieme al sistema di gestione della batteria (BMS) costituiscono i Battery Rack, che vengono alloggiati negli armadi e nei container.
- Sistema di Gestione della Batteria (BMS): Protegge le celle da condizioni di esercizio dannose, monitorando e bilanciando lo stato di carica delle celle.
- Sistema di Gestione Termica della Batteria (B-TMS): Controlla la temperatura delle celle per mantenerle entro i limiti specificati.
Componenti per l'affidabilità del sistema:
- Controllo e Monitoraggio del Sistema: Include il monitoraggio generale dell'infrastruttura oltre a comprendere l'unità di protezione antincendio o allarme.
- Sistema di Gestione dell'Energia (EMS): Responsabile del controllo, della gestione e della distribuzione del flusso di potenza.
- Gestione Termica del Sistema: Si occupa del riscaldamento, della ventilazione e dell'aria condizionata del contenitore del sistema.
Componenti di connessione alla rete:
- Il Sistema di conversione di potenza (PCS): Il suo ruolo principale è convertire l’energia elettrica da una forma all’altra, tipicamente da corrente continua (DC) a corrente alternata (AC) e viceversa.
- Trasformatore: Permette l'allacciamento alla rete elettrica collegando la sorgente di energia, il sistema di accumulo BESS e la rete elettrica. Svolge un ruolo cruciale nel garantire che l'energia sia trasferita in modo efficiente e sicuro lungo la rete.
Sinergia e integrazione del BESS con gli impianti fotovoltaici
La crescita dei sistemi BESS (Battery Energy Storage System) è strettamente connessa a quella degli impianti fotovoltaici su larga scala (utility scale). I sistemi di accumulo di energia offrono una serie di benefici essenziali nella gestione dell'energia prodotta dagli impianti fotovoltaici, contribuendo significativamente alla transizione verso un sistema energetico più sostenibile, flessibile ed efficiente.
Peak Shaving
Il peak shaving è una delle applicazioni più importanti dei sistemi BESS. Consiste nel ridurre i picchi di consumo di energia elettrica, utilizzando l'energia immagazzinata nei periodi di minore domanda per soddisfare le esigenze durante i periodi di picco. Ciò permette di ottimizzare l'uso dell'energia prodotta durante le ore di massima insolazione, riducendo la dipendenza dalla rete e stabilizzando i prezzi dell'energia.
Regolazione di Frequenza e Tensione
Le fluttuazioni nella produzione di energia da fonti rinnovabili, come il fotovoltaico, possono causare instabilità nella rete. Grazie ai sistemi di stoccaggio energetico è possibile rispondere rapidamente a queste variazioni, assorbendo o rilasciando energia per mantenere la frequenza e la tensione entro i limiti desiderati, garantendo così la stabilità e l'affidabilità della rete.
Arbitraggio dei prezzi dell'energia (time-shifting)
I BESS contribuiscono notevolmente a ridurre i costi energetici. Durante i periodi di bassa domanda, l'energia può essere immagazzinata a costi inferiori e poi utilizzata o venduta quando i prezzi dell'energia sono più alti, massimizzando così i ritorni economici dell'impianto fotovoltaico.
Backup e Affidabilità
I sistemi di accumulo a batteria forniscono una soluzione di backup critica per garantire l'affidabilità dell'approvvigionamento energetico. In caso di interruzioni della rete o di altre anomalie, i BESS possono essere attivati rapidamente per fornire energia, minimizzando i disagi e garantendo la continuità delle operazioni. Questo è particolarmente importante in aree soggette a frequenti interruzioni di corrente o in applicazioni critiche dove la continuità dell'energia è essenziale.
Vuoi vendere il tuo terreno idoneo ai BESS? Scopri come funziona o compila il modulo di contatto per una consulenza gratuita. Il nostro team di esperti sarà lieto di assisterti.
