Come i grandi sistemi di batterie stabilizzano le reti elettriche?

Come i sistemi di batterie su larga scala stabilizzano la rete

I sistemi di batterie su larga scala (LSB) svolgono un ruolo sempre più importante nei moderni sistemi di potenza, specialmente con l'aumento della penetrazione delle fonti di energia rinnovabile (come il vento e il solare). Questi sistemi di batterie forniscono molti servizi per aiutare a stabilizzare la rete, assicurando l'affidabilità ed l'efficienza del sistema di potenza. Di seguito sono elencati i principali modi in cui i sistemi di batterie su larga scala contribuiscono alla stabilità della rete:

1. Regolazione della frequenza

• Problema: La frequenza di un sistema di potenza deve essere mantenuta entro un intervallo molto stretto (ad esempio, 50 Hz o 60 Hz) per garantire che tutti i dispositivi collegati funzionino correttamente. Quando c'è una discrepanza tra generazione e carico, la frequenza può fluttuare. Tradizionalmente, la regolazione della frequenza ha fatto affidamento sull'inerzia dei generatori rotanti (come le centrali termiche).

• Soluzione: I sistemi di batterie su larga scala possono rispondere rapidamente alle deviazioni di frequenza, assorbendo o iniettando potenza per mantenere la stabilità della frequenza. I sistemi di batterie hanno tempi di risposta estremamente veloci, tipicamente completando operazioni di carica o scarica entro millisecondi, molto più velocemente dei tradizionali generatori rotanti. Questa capacità di risposta rapida consente ai sistemi di batterie di affrontare efficacemente le fluttuazioni di carico a breve termine o le carenze di generazione, mantenendo così la stabilità della frequenza.

2. Supporto di tensione

• Problema: Nelle linee di trasmissione a lunga distanza o nelle aree con risorse energetiche distribuite (come le centrali fotovoltaiche), i livelli di tensione possono fluttuare, specialmente quando la potenza reattiva è insufficiente o i carichi cambiano significativamente. L'instabilità di tensione può influire sul normale funzionamento dell'equipaggiamento e può persino portare al collasso della tensione.

• Soluzione: I sistemi di batterie su larga scala possono fornire o assorbire potenza reattiva per supportare i livelli di tensione. I sistemi di batterie sono tipicamente dotati di convertitori elettronici di potenza avanzati (come gli inversori) che possono regolare flessibilmente sia la potenza attiva che reattiva. In questo modo, i sistemi di batterie possono fornire potenza reattiva quando necessario per aumentare i livelli di tensione locali o assorbire potenza reattiva per prevenire sovratensioni.

3. Riduzione dei picchi e riempimento delle valli

• Problema: La domanda di elettricità varia significativamente durante il giorno, con carichi più elevati durante le ore di punta (come la sera) e carichi inferiori durante le ore fuori punta (come la notte tardi). Per soddisfare la domanda di punta, gli operatori di rete spesso si affidano a unità di generazione di riserva costose, il che aumenta i costi operativi e riduce l'efficienza del sistema.

• Soluzione: I sistemi di batterie su larga scala possono immagazzinare elettricità in eccesso durante le ore fuori punta (ad esempio, la notte con energia eolica o solare) e rilasciarla durante le ore di punta, lisciando così la curva di carico. Questo approccio di "riduzione dei picchi e riempimento delle valli" non solo riduce la dipendenza dalle unità di generazione di riserva, ma migliora anche l'efficienza complessiva della rete e riduce i costi operativi.

4. Avvio nero

• Problema: Dopo un blackout generalizzato o un guasto della rete, il ripristino dell'energia è un processo complesso poiché la maggior parte delle unità di generazione richiede energia esterna per avviarsi. Se l'intera rete perde l'energia, il processo di ripristino diventa molto difficile.

• Soluzione: I sistemi di batterie su larga scala possono fornire servizi di "avvio nero" fornendo la potenza necessaria alle unità di generazione critiche per farle tornare online quando la rete è completamente disattivata. La rapida risposta e l'indipendenza dei sistemi di batterie li rendono ideali per l'avvio nero, specialmente in aree remote o sistemi di energia distribuita.

5. Servizi ausiliari

• Problema: I sistemi di potenza richiedono una serie di servizi ausiliari per garantire un funzionamento sicuro, stabile ed efficiente. Questi servizi includono la regolazione della frequenza, il supporto di tensione, la capacità di riserva e il seguimento del carico. Con l'aumento della quota di energia rinnovabile, i fornitori tradizionali di servizi ausiliari (come le centrali a carbone) stanno diminuendo, aumentando la necessità di nuove forme di servizi ausiliari.

• Soluzione: I sistemi di batterie su larga scala possono fornire vari servizi ausiliari per aiutare la rete a gestire l'intermittenza e l'incertezza dell'energia rinnovabile. Ad esempio, i sistemi di batterie possono fungere da capacità di riserva, fornendo rapidamente potenza quando la generazione è insufficiente, o possono fornire regolazione della frequenza rispondendo rapidamente ai cambiamenti di carico. Inoltre, i sistemi di batterie possono partecipare ai mercati di servizi ausiliari, generando ulteriori ricavi.

6. Smussamento delle fluttuazioni dell'energia rinnovabile

• Problema: Le fonti di energia rinnovabile come il vento e il solare sono intermittenti e variabili, portando a un output di potenza instabile, che può sfidare l'equilibrio del sistema di potenza. Questa variabilità diventa particolarmente problematica man mano che aumenta la quota di energia rinnovabile.

• Soluzione: I sistemi di batterie su larga scala possono essere integrati con impianti di generazione di energia rinnovabile (come parchi eolici o centrali solari) per immagazzinare elettricità in eccesso in tempo reale e rilasciarla quando la generazione è insufficiente. In questo modo, i sistemi di batterie possono smussare le fluttuazioni dell'output di energia rinnovabile, garantendo un approvvigionamento di potenza stabile e affidabile. Inoltre, i sistemi di batterie possono ottimizzare le loro strategie di carica e scarica in base alle previsioni meteorologiche e alla domanda di carico, migliorando ulteriormente la flessibilità del sistema.

7. Miglioramento della resilienza della rete

• Problema: La rete può essere colpita da disastri naturali, guasti all'equipaggiamento o altri eventi imprevisti, portando a interruzioni di energia. Migliorare la resilienza della rete (cioè la capacità di ripristinare rapidamente l'energia) è cruciale per garantire l'affidabilità del sistema di potenza.

• Soluzione: I sistemi di batterie su larga scala possono fornire supporto di emergenza quando la rete è interrotta, aiutando a mantenere l'operatività di infrastrutture critiche come ospedali, torri di comunicazione e sistemi di trasporto. Inoltre, i sistemi di batterie possono agire come parte di risorse di energia distribuita, migliorando l'autosufficienza locale e riducendo la dipendenza dagli approvvigionamenti esterni, migliorando così la resilienza complessiva della rete.

8. Partecipazione ai mercati elettrici

• Problema: I prezzi dell'elettricità nei mercati elettrici fluttuano in base all'offerta e alla domanda. Durante le ore di punta, i prezzi possono aumentare significativamente. Per le società elettriche e i consumatori, come immagazzinare elettricità quando i prezzi sono bassi e venderla quando sono alti è una considerazione economica importante.

• Soluzione: I sistemi di batterie su larga scala possono partecipare ai mercati elettrici sfruttando le loro capacità di carica e scarica rapide. Possono immagazzinare elettricità quando i prezzi sono bassi e venderla quando sono alti, generando profitti. Questo arbitraggio non solo migliora la viabilità economica dei sistemi di batterie, ma aiuta anche a smussare le fluttuazioni dei prezzi, migliorando l'efficienza dei mercati elettrici.

Riepilogo

I sistemi di batterie su larga scala contribuiscono alla stabilità della rete fornendo regolazione della frequenza, supporto di tensione, riduzione dei picchi, avvio nero, servizi ausiliari, smussamento delle fluttuazioni dell'energia rinnovabile, miglioramento della resilienza della rete e partecipazione ai mercati elettrici. Man mano che la tecnologia delle batterie continua a progredire e i costi diminuiscono, il ruolo dei sistemi di batterie su larga scala nei futuri sistemi di potenza diventerà ancora più significativo, specialmente nelle reti con alta penetrazione di energia rinnovabile. Saranno strumenti chiave per garantire l'affidabilità ed l'efficienza del sistema di potenza.