I grandi sistemi di accumulo di energia scaricano l’energia immagazzinata per fornire in loco una risposta alla domanda di elettricità a seguito delle richieste provenienti dalle utility, che si verificano nei momenti in cui la domanda di elettricità al sistema elettrico si avvicina alla capacità disponibile. Questi sistemi di stoccaggio forniscono una capacità di generazione distribuita quando la domanda di elettricità è superiore alla disponibilità normale delle risorse in termini di capacità, spesso fornite da centrali a ciclo combinato alimentate a gas naturale o da altri impianti con costi elevati per kWh prodotto.
L’elettricità è solo un’altra merce, che è in genere acquistata e venduta un certo numero di volte prima di raggiungere il consumatore. E, come altri prodotti, ci sono mercati all’ingrosso per l’elettricità. Però, a differenza della maggior parte delle materie prime, l’elettricità in sé non può essere conservata: deve prima essere convertita in un altro tipo di energia come l’energia chimica immagazzinata nelle batterie, l’energia cinetica immagazzinata nei volani o l’energia potenziale immagazzinata dietro una diga.
L’elettricità può anche essere molto più difficile da spostare rispetto a prodotti più tradizionali, come le automobili o il cibo. In parte, questo perché l’elettricità deve essere consegnata entro una gamma di frequenza molto stretta (la frequenza ideale per il sistema italiano è di 50 Hz), altrimenti il sistema di trasmissione può guastarsi. Ciò significa che un delicato equilibrio tra l’offerta di energia elettrica e la domanda dei consumatori deve essere mantenuto in ogni momento.
A causa della mancanza di capacità di stoccaggio dell’energia disponibile per gli operatori di rete, questo equilibrio è stato storicamente mantenuto quasi esclusivamente aumentando o diminuendo la potenza di generatori inefficienti a combustibili fossili per soddisfare le fluttuazioni nella fornitura di energia elettrica e della domanda. Infatti, una generazione troppo più bassa o troppo più alta rispetto alla domanda di elettricità può portare, in particolare, a black-out a cascata.
Uscire da una gamma di frequenza di rete intorno a 50 Hz può portare a blackout.
La necessità di operare all’interno di questa stretta gamma di frequenze – oltre a quella di non superare la capacità di generazione disponibile – ha portato alla creazione, nei Paesi UE, di un certo numero di mercati dell’elettricità specificamente mirati, ognuno dei quali rappresenta una forma unica di prezioso servizio di rete. Sebbene i singoli Paesi possano avere diversi prodotti di mercato e diverse linee guida per la partecipazione a questi mercati, tutti usano strumenti simili per fornire energia.
Lo stoccaggio di energia ha il potenziale per fornire un certo numero di questi preziosi servizi di rete e ha iniziato a giocare un ruolo importante in due dei più largamente adottati prodotti del mercato elettrico: i servizi ausiliari e la risposta alla domanda. Gli operatori del sistema elettrico tradizionalmente si sono concentrati esclusivamente dal lato dell’offerta dell’equazione domanda-offerta. La risposta alla domanda fornisce un’altra dimensione di controllo a questi operatori del sistema.
Programmi di risposta alla domanda sono stati sviluppati per aiutare gli operatori a evitare interruzioni di corrente nei momenti in cui la domanda di elettricità da parte dei consumatori minaccia di superare l’offerta di generazione disponibile. I programmi di risposta alla domanda affrontano queste potenziali carenze nella fornitura ricorrendo a grandi utenti di elettricità (ad es. gli utenti “interrompibili”) e aggregati di utenti minori per ridimensionare il loro uso di dispositivi elettrici non essenziali.
Le utility traggono vantaggio dai programmi di risposta alla domanda potendo ritardare o eliminare completamente la necessità di costruire ulteriori centrali elettriche per soddisfare questi rari casi di forte domanda. La risposta alla domanda può anche essere implementata come un’alternativa meno costosa alla costosa generazione di energia fornita dagli impianti più grandi. E diversi Paesi stanno iniziando a esplorare l’uso dello stoccaggio dell’energia nei programmi di risposta alla domanda.
La risposta alla domanda con i sistemi di accumulo è un’alternativa alla costosa maggiore generazione di energia con i grandi impianti per il bilanciamento della rete elettrica.
Lo stoccaggio di energia ha la capacità di rispondere rapidamente alle richieste di risposta alla domanda scaricando l’energia accumulata per soddisfare le esigenze di domanda di energia elettrica da parte di carichi locali; dato che questi carichi locali non hanno più bisogno di energia elettrica fornita dalla rete, la domanda complessiva sul sistema di alimentazione viene ridotta. Ciò aiuta il bilanciamento dell’offerta e della domanda di elettricità per mantenere la frequenza operativa entro i limiti.
Vale la pena notare che i mercati di regolazione della frequenza sono piuttosto piccoli rispetto alla capacità dei mercati all’ingrosso. La dimensione dei mercati di regolazione della frequenza negli Stati Uniti è tipicamente limitata a circa l’1% del picco di energia richiesta (ma potrebbe aumentare al crescere del livello di penetrazione delle rinnovabili). Questo segmento di capacità di risposta rapida potrebbe presto essere colmato da progetti di stoccaggio di energia pianificati e in fase di sviluppo.
Lo stoccaggio, in pratica, sposta i tempi di approvvigionamento, mentre la risposta alla domanda sposta i tempi della domanda. Esempi di tecnologie di accumulo includono volani, accumulo ad aria compressa, batterie e accumulo di acqua pompata. La risposta alla domanda di solito comporta un programma volontario e compensato che consente a un sistema elettrico di incoraggiare o controllare direttamente la riduzione del carico secondo necessità per mantenere la stabilità della rete.
Non è chiaro esattamente quali saranno le implicazioni del mercato quando la necessità di risorse di risposta rapida per la regolazione della frequenza si satureranno. Sebbene l’accumulo sia in grado di agire sia come una risorsa tradizionale sia come risorsa di regolazione a risposta rapida, senza una compensazione della risposta rapida può essere difficile per un investitore avere significativi ritorni economici. Dunque, la spinta a creare grandi sistemi di accumulo potrebbe calare.
Il ruolo della risposta alla domanda e dello stoccaggio diventa sempre più importante ed economico in presenza di altissime penetrazioni di energia eolica e solare. Ad oggi, gli studi di integrazione hanno rilevato che la rete può ospitare circa il 30% della domanda annuale di elettricità dalla generazione variabile in gran parte con opzioni di flessibilità che aumentano i seguenti fattori chiave: Operazioni di sistema, Previsione, Coordinamento dell’area di bilanciamento, Generazione flessibile.
Con penetrazioni superiori al 30%, l’integrazione nella rete dell’eolico e del fotovoltaico diventa più difficile a causa del limitato allineamento tra la produzione di energia eolica e solare e la domanda di elettricità, nonché dell’inflessibilità dei generatori convenzionali nel salire e scendere di potenza per bilanciare il sistema. Senza una rete elettrica sufficientemente flessibile, le centrali termoelettriche non possono ridurre la produzione e l’uso dell’eolico e del fotovoltaico solare dovranno essere ridotti.
Gli operatori delle reti elettriche possono soppesare i vantaggi della risposta alla domanda e dello stoccaggio rispetto ai costi di implementazione. Molte tecnologie di accumulo sono ancora costose e in qualche modo inefficienti: solo il 70-85% dell’energia immagazzinata è recuperabile. I programmi di risposta alla domanda non sono altrettanto inefficienti, tuttavia presentano significativi costi di implementazione, ad esempio per attirare partecipanti e gestire la domanda di elettricità.
A causa delle difficoltà nel quantificare il punto in cui lo stoccaggio o la risposta alla domanda diventano l’opzione di flessibilità meno costosa, la valutazione del ruolo di questi interventi in un sistema elettrico con alta penetrazione di energie rinnovabili ad alta variabilità richiede analisi continue, dati migliorati e nuove tecniche. Al tempo stesso, la risposta alla domanda e lo stoccaggio stanno consentendo di facilitare una maggiore penetrazione della energie rinnovabili non programmabili sulla rete.
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