In l'ultimi 50 anni, ci hè statu un aumentu cuntinuu di u cunsumu mundiale d'elettricità, cù un usu stimatu di circa 25.300 terawatt-ora in l'annu 2021. Cù a transizione versu l'industria 4.0, ci hè un aumentu di a dumanda d'energia in u mondu sanu. Quessi numeri aumentanu ogni annu, senza include i bisogni energetichi di l'industria è altri settori ecunomichi. Stu cambiamentu industriale è u cunsumu energeticu elevatu sò accumpagnati da effetti più tangibili di u cambiamentu climaticu per via di l'emissioni eccessive di gas serra. Attualmente, a maiò parte di l'impianti è di l'installazioni di generazione d'energia si basanu assai nantu à fonti di combustibili fossili (petroliu è gasu) per risponde à tali dumanda. Queste preoccupazioni climatiche pruibiscenu a generazione d'energia supplementaria cù metudi cunvinziunali. Cusì, u sviluppu di sistemi di almacenamiento d'energia efficienti è affidabili hè diventatu sempre più impurtante per assicurà un approvvigionamentu cuntinuu è affidabile d'energia da fonti rinnuvevuli.
U settore energeticu hà rispostu passendu à l'energie rinnuvevuli o à suluzioni "verdi". A transizione hè stata aiutata da tecniche di fabricazione migliorate, chì anu purtatu per esempiu à una fabricazione più efficiente di pale di turbine eoliche. Inoltre, i circadori sò stati capaci di migliurà l'efficienza di e cellule fotovoltaiche, purtendu à una migliore generazione di energia per area d'usu. In u 2021, a generazione di elettricità da fonti solari fotovoltaiche (PV) hè aumentata significativamente, righjunghjendu un record di 179 TWh è rapprisentendu una crescita di u 22% paragunatu à u 2020. A tecnulugia solare fotovoltaica rapprisenta avà u 3,6% di a generazione mundiale di elettricità è hè attualmente a terza più grande fonte di energia rinnuvevule dopu l'energia idroelettrica è u ventu.
Tuttavia, ste scuperte ùn risolvenu micca certi di l'inconvenienti inerenti à i sistemi d'energia rinnuvevule, soprattuttu a dispunibilità. A maiò parte di sti metudi ùn producenu micca energia à dumanda cum'è e centrale à carbone è à petroliu. L'energia solare hè dispunibule per esempiu tuttu u ghjornu cù variazioni secondu l'anguli d'irradiazione solare è u pusizionamentu di i pannelli fotovoltaici. Ùn pò micca pruduce alcuna energia durante a notte, mentre chì a so pruduzzione hè significativamente ridutta durante a stagione invernale è in i ghjorni assai nuvolosi. L'energia eolica soffre ancu di fluttuazioni secondu a velocità di u ventu. Dunque, ste suluzioni devenu esse accumpagnate da sistemi di accumulazione d'energia per sustene a furnitura d'energia durante i periodi di bassa pruduzzione.
Chì sò i sistemi di almacenamiento di energia?
I sistemi di almacenamiento d'energia ponu almacenà energia per esse aduprata in una fase successiva. In certi casi, ci serà una forma di cunversione d'energia trà l'energia almacenata è l'energia furnita. L'esempiu più cumunu sò e batterie elettriche cum'è e batterie à ioni di litiu o e batterie à piombu-acidu. Furniscenu energia elettrica per via di reazzioni chimiche trà l'elettrodi è l'elettrolitu.
E batterie, o BESS (sistema di almacenamiento di energia in batteria), rapprisentanu u metudu di almacenamiento di energia più cumunu utilizatu in l'applicazioni di a vita quotidiana. Esistenu altri sistemi di almacenamiento cum'è e centrale idroelettriche chì cunvertenu l'energia potenziale di l'acqua almacenata in una diga in energia elettrica. L'acqua chì cade farà girà u volante di una turbina chì produce energia elettrica. Un altru esempiu hè u gasu cumpressu, una volta liberatu u gasu farà girà a rota di a turbina producendu energia.
Ciò chì distingue e batterie da l'altri metudi di almacenamentu hè u so putenziale duminiu d'operazione. Da i picculi dispusitivi è l'alimentazione di l'automobile à l'applicazioni domestiche è i grandi parchi solari, e batterie ponu esse integrate perfettamente in qualsiasi applicazione di almacenamentu fora di a rete. D’altronde, i metudi idroelettrici è d'aria compressa richiedenu infrastrutture assai grande è cumplesse per l'almacenamentu. Questu porta à costi assai elevati chì richiedenu applicazioni assai grande per esse ghjustificatu.
Casi d'usu per sistemi di almacenamentu fora di a rete.
Cum'è digià mintuvatu, i sistemi di almacenamentu fora di a rete ponu facilità l'usu è a dipendenza da i metudi di energia rinnuvevule cum'è l'energia solare è eolica. Tuttavia, ci sò altre applicazioni chì ponu prufittà assai di tali sistemi.
E rete elettriche di e cità anu cum'è scopu di furnisce a quantità ghjusta di putenza basata annantu à l'offerta è a dumanda di ogni cità. A putenza necessaria pò fluttuà durante u ghjornu. I sistemi di almacenamiento fora di a rete sò stati aduprati per attenuà e fluttuazioni è furnisce più stabilità in casi di piccu di dumanda. Da una perspettiva diversa, i sistemi di almacenamiento fora di a rete ponu esse assai benefichi per cumpensà qualsiasi guastu tecnicu imprevisu in a rete elettrica principale o durante i periodi di manutenzione prugrammata. Puderanu risponde à i bisogni di putenza senza avè da circà fonti d'energia alternative. Si pò cità per esempiu a timpesta di ghiaccio di u Texas à l'iniziu di ferraghju 2023 chì hà lasciatu circa 262 000 persone senza putenza, mentre chì e riparazioni sò state ritardate per via di e cundizioni climatiche difficili.
I veiculi elettrichi sò un'altra applicazione. I circadori anu fattu assai sforzi per ottimizà a fabricazione di e batterie è e strategie di carica/scarica per allargà a durata di vita è a densità di putenza di e batterie. E batterie à ioni di litiu sò state in prima linea in questa piccula rivoluzione è sò state aduprate estesamente in e nuove vitture elettriche, ma ancu in l'autobus elettrichi. Batterie megliu in questu casu ponu purtà à un chilometraggio più grande, ma ancu à tempi di carica ridutti cù e tecnulugie adatte.
Altri avanzamenti tecnologichi cum'è i droni è i robot mobili anu prufittatu assai di u sviluppu di a batteria. E strategie di muvimentu è e strategie di cuntrollu dipendenu assai da a capacità è a putenza furnita da a batteria.
Chì ghjè un BESS?
U BESS o sistema di almacenamiento di energia à batteria hè un sistema di almacenamiento di energia chì pò esse adupratu per almacenà energia. Questa energia pò vene da a rete principale o da fonti di energia rinnuvevuli cum'è l'energia eolica è l'energia solare. Hè cumpostu da parechje batterie disposte in diverse cunfigurazioni (serie/parallele) è dimensionate secondu i bisogni. Sò cunnesse à un inverter chì hè adupratu per cunvertisce a putenza CC in putenza CA per l'usu. Un sistema di gestione di a batteria (BMS) hè adupratu per monitorà e cundizioni di a batteria è l'operazione di carica/scarica.
In paragone cù altri sistemi di almacenamiento d'energia, sò particularmente flessibili da piazzà / cunnette è ùn necessitanu micca una infrastruttura assai cara, ma anu sempre un costu considerableu è richiedenu una manutenzione più regulare basata annantu à l'usu.
Dimensionamentu è abitudini d'usu di BESS
Un puntu cruciale da affrontà quandu si installa un sistema di accumulazione di energia à batteria hè u dimensionamentu. Quante batterie sò necessarie? In quale cunfigurazione? In certi casi, u tipu di batteria pò ghjucà un rolu cruciale à longu andà in termini di risparmiu di costi è efficienza.
Questu hè fattu casu per casu, postu chì l'applicazioni ponu varià da piccule famiglie à grandi impianti industriali.
A fonte d'energia rinnuvevule a più cumuna per e piccule famiglie, in particulare in e zone urbane, hè l'energia solare chì usa pannelli fotovoltaichi. L'ingegnere in generale cunsidererebbe u cunsumu mediu d'energia di a famiglia è valuterebbe l'irradiazione solare durante l'annu per u locu specificu. U numeru di batterie è a so cunfigurazione di rete hè sceltu per currisponde à e richieste di a famiglia durante u periodu di bassa fornitura d'energia solare di l'annu senza svuotà cumpletamente e batterie. Questu suppone una suluzione per avè una cumpleta indipendenza energetica da a rete principale.
Mantene un statu di carica relativamente muderatu o micca scaricà cumpletamente e batterie hè qualcosa chì puderia esse contraintuitivu à u principiu. Dopu tuttu, perchè aduprà un sistema di almacenamentu sè ùn pudemu micca estrarre tuttu u so putenziale? In teoria hè pussibule, ma puderia micca esse a strategia chì massimizza u ritornu di l'investimentu.
Unu di i principali svantaghji di BESS hè u costu relativamente altu di e batterie. Dunque, sceglie un'abitudine d'usu o una strategia di carica/scarica chì massimizza a durata di vita di a batteria hè essenziale. Per esempiu, e batterie à piombu-acidu ùn ponu esse scaricate sottu à u 50% di capacità senza soffre danni irreversibili. E batterie à ioni di litiu anu una densità di energia più alta, una longa durata di ciclu. Puderanu ancu esse scaricate aduprendu intervalli più grandi, ma questu vene à un costu di prezzu aumentatu. Ci hè una grande varianza di costu trà e diverse chimiche, e batterie à piombu-acidu ponu esse centinaie à migliaia di dollari più economiche di una batteria à ioni di litiu di a stessa dimensione. Hè per quessa chì e batterie à piombu-acidu sò e più aduprate in applicazioni solari in i paesi di u terzu mondu è in e cumunità povere.
A prestazione di a batteria hè assai affettata da a degradazione durante a so durata di vita, ùn hà micca una prestazione stabile chì finisce cù un guastu improvvisu. Invece, a capacità furnita pò diminuisce progressivamente. In pratica, a durata di vita di una batteria hè cunsiderata esaurita quandu a so capacità righjunghji l'80% di a so capacità originale. In altre parole, quandu sperimenta un sbiadimentu di capacità di u 20%. In pratica, questu significa chì una quantità minore di energia pò esse furnita. Questu pò influenzà i periodi d'usu per i sistemi cumpletamente indipendenti è a quantità di chilometraggio chì un veiculu elettricu pò copre.
Un altru puntu da cunsiderà hè a sicurezza. Cù i progressi in a fabricazione è a tecnulugia, e batterie recenti sò state in generale più stabili chimicamente. Tuttavia, per via di a degradazione è di a storia di l'abusu, e cellule ponu entre in fuga termica chì pò purtà à risultati catastrofichi è in certi casi mette in periculu a vita di i cunsumatori.
Hè per quessa chì e cumpagnie anu sviluppatu un megliu software di monitoraghju di a batteria (BMS) per cuntrullà l'usu di a batteria, ma ancu monitorà u statu di salute per furnisce una manutenzione puntuale è evità cunsequenze aggravate.
Cunclusione
I sistemi di almacenamiento di energia da a rete furniscenu una grande opportunità per ottene l'indipendenza energetica da a rete principale, ma furniscenu ancu una fonte di energia di riserva durante i periodi di inattività è i periodi di carica di punta. Stu sviluppu faciliterebbe u cambiamentu versu fonti d'energia più verdi, limitendu cusì l'impattu di a generazione d'energia nantu à u cambiamentu climaticu, pur rispondendu à i bisogni energetichi cù una crescita costante di u cunsumu.
I sistemi di almacenamiento di energia à batteria sò i più cumunimenti usati è i più faciuli da cunfigurà per diverse applicazioni di ogni ghjornu. A so alta flessibilità hè cuntrastata da un costu relativamente altu, chì porta à u sviluppu di strategie di monitoraghju per prulungà a durata di vita rispettiva u più pussibule. Attualmente, l'industria è u mondu accademicu stanu facendu assai sforzi per investigà è capisce a degradazione di a batteria in diverse cundizioni.
