Il valore dell’accumulo energetico di lunga durata in un futuro a emissioni nette zero: perché l’Europa ha bisogno di più delle sole batterie

In tutta Europa, il dibattito sulle energie rinnovabili si è spostato dalla capacità di generazione alla disponibilità dell’energia. Gli impianti solari possono produrre grandi quantità di elettricità a mezzogiorno. I parchi eolici possono generare energia in eccesso durante la notte. Tuttavia, la domanda di elettricità raramente segue lo stesso andamento.

Per sviluppatori di progetti, appaltatori EPC, ingegneri dello storage e operatori delle utility, la sfida non è più semplicemente produrre elettricità pulita. La sfida è immagazzinarla in modo efficiente e fornirla quando la rete ne ha maggiormente bisogno.

È qui che l’accumulo energetico di lunga durata (LDES) diventa sempre più importante.

Mentre i tradizionali sistemi di accumulo a batteria (BESS) offrono in genere durate di scarica di 2 o 4 ore, le tecnologie di accumulo di lunga durata sono progettate per erogare energia per 6, 8, 10, 12 ore e persino oltre 24 ore. Il loro valore aumenta con la crescita della penetrazione delle rinnovabili e con il passaggio dell’Europa verso sistemi elettrici a emissioni nette zero.

Perché le infrastrutture di rete tradizionali affrontano nuove sfide

Storicamente, le reti elettriche europee si sono affidate a fonti di generazione prevedibili come carbone, gas, idroelettrico e nucleare. Gli operatori potevano aumentare o ridurre la produzione in base alla domanda.

Le fonti di energia rinnovabile si comportano diversamente:

• La produzione solare raggiunge il picco durante le ore diurne.
• La produzione eolica dipende dalle condizioni meteorologiche.
• I picchi di domanda si verificano spesso dopo il tramonto.
• I profili stagionali di generazione variano in modo significativo.
• La congestione della rete provoca limitazioni alla produzione rinnovabile.

Quando l’integrazione delle rinnovabili supera il 40%, il 50% o persino il 70% in alcune regioni, mantenere la stabilità di frequenza, il controllo della tensione e una potenza dispacciabile diventa sempre più complesso.

Ciò crea una crescente necessità di soluzioni flessibili per l’accumulo di elettricità, in grado di colmare lunghi intervalli tra produzione e consumo.

Comprendere l’accumulo energetico di lunga durata

Per accumulo energetico di lunga durata si intendono sistemi capaci di erogare elettricità in modo continuo per periodi prolungati, generalmente superiori a 6 ore.

Le tecnologie che supportano il LDES includono:

• Sistemi di batterie LiFePO4 su larga scala
• Batterie a flusso
• Accumulo di energia ad aria compressa
• Accumulo idroelettrico a pompaggio
• Accumulo di energia termica
• Sistemi di accumulo basati sull’idrogeno

Per la maggior parte dei progetti commerciali e utility-scale attualmente realizzati in Europa, i sistemi di accumulo con batterie al litio restano l’opzione più matura e commercialmente disponibile.

Il valore del LDES in diverse condizioni di rete

Scenario 1: Reti con elevata penetrazione delle energie rinnovabili

Paesi come Germania, Spagna, Danimarca e Paesi Bassi stanno aumentando rapidamente l’installazione di impianti solari ed eolici.

Durante i periodi di forte irraggiamento solare o di alta velocità del vento, la produzione di elettricità spesso supera la domanda immediata. Senza accumulo, una preziosa quota di energia rinnovabile deve essere limitata.

Un sistema di accumulo a batteria da 8 MW/32 MWh o 10 MW/40 MWh può assorbire il surplus solare di mezzogiorno e scaricare elettricità durante il picco di domanda serale, riducendo la dipendenza dalle centrali di punta alimentate da combustibili fossili.

Scenario 2: Regioni con reti deboli e comunità remote

Molti impianti industriali, isole, attività minerarie e comunità remote operano in aree con infrastrutture di rete limitate.

Queste località registrano frequentemente:

• Instabilità della tensione
• Interruzioni di corrente
• Capacità di trasmissione limitata
• Elevati costi del gasolio

L’accumulo di lunga durata combinato con sistemi solari fotovoltaici e inverter ibridi consente un funzionamento stabile delle microreti riducendo al contempo il consumo di combustibile.

Le configurazioni tipiche possono includere:

• Campo solare da 500 kW + batteria da 1 MWh
• Sistema solare da 1 MW + accumulo da 4 MWh
• Microrete rinnovabile da 5 MW + accumulo da 20 MWh

Ciò migliora la sicurezza energetica riducendo al contempo i costi operativi e le emissioni di carbonio.

Scenario 3: Strutture industriali e commerciali

Gli stabilimenti produttivi in tutta Europa devono affrontare prezzi dell’elettricità sempre più volatili.

Gli utenti industriali che utilizzano:

• Macchinari CNC
• Impianti frigoriferi
• Data center
• Linee di produzione automatizzate
• Hub di ricarica per veicoli elettrici

richiedono spesso un’alimentazione elettrica stabile 24 ore su 24.

L’accumulo di lunga durata consente:

• Riduzione dei picchi di domanda
• Arbitraggio energetico per fasce orarie
• Supporto di alimentazione di backup
• Aumento dell’autoconsumo solare
• Riduzione della dipendenza dalla rete

Ad esempio, una struttura dotata di un sistema di inverter ibridi da 500 kW e di un banco di accumulo da 1 MWh, 2 MWh o 5 MWh può migliorare significativamente la flessibilità operativa durante le fluttuazioni dei prezzi dell’elettricità.

L’economia dell’accumulo di lunga durata

Un’idea errata comune è che un accumulo di maggiore durata sia semplicemente più costoso.

In pratica, la convenienza economica dipende dall’applicazione.

Con il continuo calo dei costi delle celle e l’aumento dell’intelligenza dei sistemi di gestione dell’energia, il costo per kilowattora erogato durante l’intero ciclo di vita del progetto continua a migliorare.

Per molti progetti commerciali e utility-scale, i benefici economici vanno ormai oltre il semplice risparmio sulla bolletta e includono:

• Partecipazione al mercato della capacità
• Servizi ancillari di rete
• Riduzione degli oneri di potenza
• Incentivi alla riduzione delle emissioni di carbonio
• Indipendenza energetica

Come l’accumulo energetico ibrido migliora le prestazioni

Molti progetti moderni combinano più tecnologie all’interno di un’architettura ibrida di accumulo energetico.

Un tipico sistema ibrido di accumulo energetico può integrare:

• Moduli solari fotovoltaici (430 W, 550 W, 600 W, 700 W)
• Inverter ibridi (5 kW, 8 kW, 10 kW, 15 kW, 50 kW, 100 kW)
• Banchi batterie LiFePO4 (51,2 V, 102,4 V, 512 V, 768 V)
• Sistemi di gestione dell’energia (EMS)
• Generatori di backup

Questa architettura a più livelli permette di ottimizzare il sistema energetico bilanciando efficienza, velocità di risposta, affidabilità e costi operativi.

Il futuro della decarbonizzazione della rete dipende dall’accumulo

Per ottenere un sistema elettrico a zero emissioni non basta installare altri pannelli solari e turbine eoliche.

La generazione rinnovabile deve essere supportata da infrastrutture di accumulo capaci di spostare l’elettricità tra ore, giorni e potenzialmente stagioni.

accumulo energetico di lunga durata offre la flessibilità necessaria per mantenere l’affidabilità della rete massimizzando al contempo l’utilizzo delle energie rinnovabili. Per utility, operatori industriali, appaltatori EPC e integratori di sistemi di accumulo, sta diventando un elemento fondamentale nella progettazione dei sistemi energetici del futuro.

Domande frequenti

1. Cosa si intende per accumulo energetico di lunga durata?

La maggior parte delle definizioni di settore classifica come accumulo di lunga durata i sistemi con tempi di scarica superiori a 6 ore.

2. Il LiFePO4 è adatto ai progetti di accumulo di lunga durata?

Sì. I sistemi di batterie LiFePO4 offrono un’elevata vita ciclica, ottime prestazioni di sicurezza e sono ampiamente utilizzati nei progetti commerciali e utility-scale.

3. Quale durata di accumulo è consigliata per lo spostamento dell’energia solare?

In genere, da 4 a 8 ore di accumulo consentono di trasferire efficacemente la produzione solare di mezzogiorno verso i periodi di domanda serale.

4. L’accumulo di lunga durata può sostituire i generatori diesel?

In molte applicazioni, l’accumulo a batteria di lunga durata combinato con la generazione solare può ridurre significativamente o persino eliminare il tempo di funzionamento dei generatori diesel.

5. Perché l’accumulo di lunga durata è importante per l’integrazione delle rinnovabili?

Aiuta ad assorbire il surplus di produzione rinnovabile e a fornire elettricità quando la produzione diminuisce, migliorando la stabilità della rete e l’utilizzo delle energie rinnovabili.

6. Quale ruolo svolge l’EMS nei progetti di accumulo di lunga durata?

Un sistema di gestione dell’energia ottimizza le strategie di carica, scarica, demand response e trading energetico per massimizzare il valore del sistema.

7. Quali piattaforme di tensione delle batterie sono comunemente utilizzate nei grandi sistemi di accumulo?

Le architetture più comuni includono sistemi CC da 51,2 V, 102,4 V, 512 V, 614 V, 768 V e 1500 V, a seconda della scala del progetto.