L’abbandono dei combustibili fossili in favore delle fonti rinnovabili rende necessari importanti cambiamenti nella rete di distribuzione dell’energia elettrica. Bisogna infatti passare da un’architettura centralizzata, in cui un grosso impianto a combustibili fossili fornisce energia alle utenze collegate, a una distribuita, dove i punti di produzione dell’energia sono frammentati e sparpagliati sul territorio, con gli utenti che sono anche produttori. Per gestire al meglio una rete di questo tipo serve un sistema di distribuzione più moderno ed efficiente, comunemente chiamato smart grid.
Ma questo non basta, perché le fonti rinnovabili (fotovoltaico ed eolico in primis) sono intermittenti e non programmabili, quindi serve anche un sistema di accumulo dell’energia, che possa immagazzinarla quando c’è un surplus di produzione, per poi rilasciarla quando ce n’è bisogno, tipicamente di notte. Molti Paesi si stanno attrezzando con enormi unità a batterie, ma a ben guardare si possono impiegare anche le batterie dei veicoli elettrici per questo scopo, visto che in media le vetture restano ferme per l’80% della giornata e tutta la notte. Se lasciate connesse alla rete durante questo periodo, possono dare il loro contributo per stabilizzarla.
Le smart grid
Una smart grid non si sostituisce all’attuale rete di distribuzione, ma è uno strato di controllo aggiuntivo. Secondo l’IEA, una smart grid è un sistema di reti elettriche che utilizza la tecnologia digitale per monitorare e gestire il trasporto di elettricità da tutte le fonti di generazione, per soddisfare le richieste di energia elettrica degli utenti finali. Un sistema centralizzato consente di coordinare le esigenze e le capacità di tutti i generatori, operatori di rete, utenti finali e parti interessate del mercato elettrico. Questo per ottimizzare l’utilizzo e il funzionamento delle risorse, minimizzare i costi e gli impatti ambientali, massimizzare l’affidabilità, la stabilità e la resilienza della rete.
Sensori, attuatori, apparati informatici e di comunicazione permettono lo scambio informativo e l’invio di segnali di comando, controllo e automazione, dal sistema di gestione agli apparati fisici dell’infrastruttura elettrica. I segnali di controllo e attuazione inviati ai dispositivi fisici della rete non rispondono più alla sola logica centralizzata e unidirezionale dei sistemi tradizionali, ma sono il risultato di logiche di gestione avanzata che governano, in tempo reale, i flussi di energia determinando i valori ottimali per le risorse distribuite di generazione e carico.
Le smart grid sono state considerate nel PNIEC, che fissa i principali obiettivi su energia e clima dell’UE e dell’Italia al 2020 e al 2030. Nel PNRR sono stati stanziati 3,6 miliardi di euro per promuovere l’adozione di reti intelligenti.
In Europa si sta lavorando molto su progetti di questo tipo, come riportato in “Smart Grids and Beyond: An EU research and innovation perspective”. Lo studio ha preso in esame 407 progetti a livello europeo, per un investimento totale di circa 3 miliardi di euro e 2,3 miliardi di contributi UE da tre programmi di finanziamento (Horizon 2020, FP7 e IEE).
La PAN (Puglia Active Network) è un progetto di smart grid avviato nella Regione Puglia grazie ai finanziamenti europei NER 300. Il progetto ha comportato l’impiego di 30.000 km di rete elettrica per connettere 44.000 impianti di produzione da fonti rinnovabili diffusi sul territorio.
Dalla collaborazione tra l’Università di Trieste e alcune aziende del settore, è nato un progetto di microgrid elettrica marina (marine smart grid). Obiettivo del progetto è lo sviluppo di tecnologie innovative per testare e dimostrare soluzioni energetiche per il miglioramento dell’efficienza, l’eliminazione delle emissioni dannose e la creazione di sistemi di alimentazione intelligenti e sistemi di gestione intelligente dell’energia.
Per studiare il funzionamento di una smart grid, in ENEA è stato creato, all’interno del Dipartimento Tecnologie Energetiche e Fonti Rinnovabili, il Laboratorio Smart Grid e Reti Energetiche. Al fine di validare i risultati delle ricerche, nei laboratori del Centro Ricerche ENEA di Portici è stata realizzata una nanogrid sperimentale.
La ricarica intelligente delle auto elettriche
Un’auto elettrica (BEV) può essere vista come un sistema di accumulo su ruote, quindi è facile immaginare che possa servire anche per stabilizzare la rete, ovvero che, oltre a ricevere energia per caricare le batterie, possa anche cederla di ritorno. Questa capacità è chiamata V2G(Vehicle to Grid) o più genericamente V2X (Vehicle to Everything).
Da notare che i BEV dotati di tecnologia V2X non sono solo utili per la stabilizzazione della rete ma anche per fornire energia all’abitazione quando i pannelli fotovoltaici non ne producono abbastanza (V2H, Vehicle to Home), oppure come sorgenti mobili di emergenza in caso di blackout e di eventi catastrofici. Possono infatti alimentare sia interi edifici come gli ospedali (V2B, Vehicle to Building) sia apparecchi come quelli medici (V2L, Vehicle to Load).
La ricarica bidirezionale offre molti vantaggi, ma affinché possa trovare una diffusione capillare occorre risolvere alcune sfide di natura tecnica.
Effetti sulla durata delle batterie: uno dei principali problemi della ricarica bidirezionale riguarda l’impatto sulla longevità delle batterie del veicolo. Le continue operazioni di carica e scarica riducono infatti la loro durata. Per alleviare questo problema si possono usare sistemi intelligenti di gestione della corrente, che possono ridurre sensibilmente lo stress sulle celle.
Differenze tecniche: già oggi esistono molti tipi di BEV e diverse chimiche a livello di celle. Queste differenze possono creare problemi nel caso di V2G. Il BMS integrato nell’auto deve essere in grado di gestire al meglio l’uso delle batterie, interfacciandosi con l’elettronica che governa il flusso bidirezionale della corrente.
Condizioni quadro giuridiche: attualmente non esistono ancora regole e condizioni quadro giuridiche unitarie. È necessario definire gli standard per la tecnologia V2G, assicurare la protezione dei dati e incoraggiare il ricorso alla ricarica bidirezionale, per esempio tramite vantaggi fiscali o programmi d’incentivazione (come offrire un ritorno economico o energia gratuita). Inoltre è necessario stabilire a livello giuridico come gestire il ruolo dell’auto in quanto accumulatore di energia privato usato per un servizio pubblico.
I veicoli elettrici e le wall box compatibili
Sebbene diverse case automobilistiche e aziende produttrici di carica batterie abbiano già messo a punto sistemi bidirezionali per il V2G, il fronte normativo è ancora poco definito, nonostante esista già l’ISO 15118-20, una norma internazionale in materia di ricarica bidirezionale di veicoli elettrici che descrive le modalità di comunicazione tra veicolo e infrastruttura di ricarica. Il documento definisce le interfacce e i protocolli di comunicazione necessari per la ricarica bidirezionale, stabilisce inoltre secondo quali modalità veicolo e infrastruttura di ricarica possono scambiarsi informazioni sullo stato di carica della batteria e sul flusso di corrente disponibile.
Diversi marchi automotive si sono mossi per proprio conto per implementare il V2G, di conseguenza non è affatto detto che i vari sistemi siano reciprocamente compatibili. I BEV presentati come compatibili con il V2G sono Honda e, Hyundai Ioniq 5 e 6, Kia EV6, MG 4 e 5, diversi modelli di Mitsubishi, Nissan Leaf ed e-NV200, Polestar 3 e 4, Skoda Enyaq, Volkswagen con la serie ID, Volvo EX90. Molte case automobilistiche hanno annunciato l’integrazione di questa funzione in altre vetture che usciranno nel prossimo futuro.
Per quanto riguarda i dispositivi per la ricarica bidirezionale, tra le aziende produttrici di wall box pronte per il V2G citiamo ABB, Entratek, Evtec e Wallbe.
V2G: la sperimentazione
Per testare in maniera concreta la tecnologia V2G, FCA, controllata di Stellantis, a fine 2020 ha creato a Torino, in prossimità dello stabilimento FCA Mirafiori, un impianto pilota composto da una smart grid e da un parcheggio dotato di 32 colonnine di ricarica smart per collegare 64 Fiat 500 elettriche. L’idea alla base del progetto era di trasformare ciò che è tipicamente solo un costo (la sosta dei veicoli in attesa di essere consegnati alla rete di vendita) in un beneficio: la stabilizzazione della rete con le batterie dei veicoli collegati 24 ore su 24 fino alla loro consegna.
Ad aprile 2022 a Utrecht, in Olanda, è partito un progetto di sperimentazione V2G con la partecipazione di We Drive Solar, Hyundai, Renault e MyWheels. Quest’ultima ha messo a disposizione le sue 300 auto elettriche per stabilizzare la rete, affiancate da 25 Ioniq 5 fornite da Hyundai.
L’installazione da parte di FastWay di 80 punti di ricarica in tutto il Nord Italia, con la creazione di “corridoi”, permette viaggi tranquilli e veloci.
Il governo tedesco ha deciso di erogare in via sperimentale incentivi anche per lo stoccaggio dell’energia prodotta da impianti da fonti rinnovabili. Gli incentivi saranno disponibili a partire dal mese di aprile attraverso la banca KfW e saranno limitati a un valore di 50 milioni di Euro, perlomeno in questa fase iniziale che sarà sperimentale.
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