Un sistema di accumulo di energia a batteria, comunemente noto come BESS, utilizza batterie ricaricabili per immagazzinare l'elettricità in eccesso proveniente dalla rete o da fonti rinnovabili per un utilizzo successivo. Con l'avanzare delle tecnologie delle energie rinnovabili e delle reti intelligenti, i sistemi BESS svolgono un ruolo sempre più fondamentale nella stabilizzazione dell'approvvigionamento energetico e nella massimizzazione del valore dell'energia verde. Ma come funzionano esattamente questi sistemi?
Fase 1: Batteria
Il fondamento di qualsiasi BESS è il mezzo di accumulo dell'energia: le batterie. Più moduli batteria, o "celle", sono collegati tra loro per formare un "banco batterie" che fornisce la capacità di accumulo richiesta. Le celle più comunemente utilizzate sono quelle agli ioni di litio, grazie alla loro elevata densità di potenza, alla lunga durata e alla capacità di ricarica rapida. In alcune applicazioni vengono utilizzate anche altre tecnologie chimiche, come le batterie al piombo-acido e a flusso.
Fase 2: Sistema di conversione di potenza
Il banco batterie si collega alla rete elettrica tramite un sistema di conversione di potenza o PCS. Il PCS è costituito da componenti elettronici di potenza come inverter, convertitore e filtri che consentono il flusso di energia in entrambe le direzioni tra la batteria e la rete. L'inverter converte la corrente continua (CC) della batteria in corrente alternata (CA) utilizzata dalla rete, mentre il convertitore esegue il processo inverso per caricare la batteria.
Fase 3: Sistema di gestione della batteria
Un sistema di gestione della batteria, o BMS, monitora e controlla ogni singola cella all'interno del banco batterie. Il BMS bilancia le celle, regola tensione e corrente durante la carica e la scarica e protegge dai danni causati da sovraccarico, sovracorrenti o scariche profonde. Monitora parametri chiave come tensione, corrente e temperatura per ottimizzare le prestazioni e la durata della batteria.
Fase 4: Sistema di raffreddamento
Un sistema di raffreddamento rimuove il calore in eccesso dalle batterie durante il funzionamento. Questo è fondamentale per mantenere le celle entro l'intervallo di temperatura ottimale e massimizzarne la durata. I tipi di raffreddamento più comuni utilizzati sono il raffreddamento a liquido (facendo circolare il refrigerante attraverso le piastre a contatto con le batterie) e il raffreddamento ad aria (utilizzando ventole per forzare l'aria attraverso gli involucri delle batterie).
Fase 5: Operazione
Durante i periodi di bassa domanda di elettricità o di elevata produzione di energia rinnovabile, il BESS assorbe l'energia in eccesso tramite il sistema di conversione di potenza e la immagazzina nel banco batterie. Quando la domanda è elevata o le fonti rinnovabili non sono disponibili, l'energia immagazzinata viene scaricata in rete tramite l'inverter. Ciò consente al BESS di "spostare" l'energia rinnovabile intermittente, stabilizzare la frequenza e la tensione di rete e fornire alimentazione di riserva durante le interruzioni.
Il sistema di gestione della batteria monitora lo stato di carica di ogni cella e controlla la velocità di carica e scarica per prevenire sovraccarichi, surriscaldamenti e scariche profonde delle batterie, prolungandone la durata utile. Il sistema di raffreddamento, inoltre, mantiene la temperatura complessiva della batteria entro un intervallo operativo sicuro.
In sintesi, un sistema di accumulo di energia a batteria sfrutta batterie, componenti elettronici di potenza, controlli intelligenti e gestione termica in modo integrato per immagazzinare l'elettricità in eccesso e scaricarla su richiesta. Ciò consente alla tecnologia BESS di massimizzare il valore delle fonti di energia rinnovabile, rendere le reti elettriche più efficienti e sostenibili e supportare la transizione verso un futuro energetico a basse emissioni di carbonio.
Con l'avvento di fonti di energia rinnovabili come il solare e l'eolico, i sistemi di accumulo di energia a batteria (BESS) su larga scala svolgono un ruolo sempre più importante nella stabilizzazione delle reti elettriche. Un sistema di accumulo di energia a batteria utilizza batterie ricaricabili per immagazzinare l'elettricità in eccesso proveniente dalla rete o da fonti rinnovabili e restituirla quando necessario. La tecnologia BESS contribuisce a massimizzare l'utilizzo dell'energia rinnovabile intermittente e migliora l'affidabilità, l'efficienza e la sostenibilità complessive della rete.
Un BESS in genere è costituito da più componenti:
1) Banchi di batterie composti da più moduli o celle per fornire la capacità di accumulo di energia richiesta. Le batterie agli ioni di litio sono le più comunemente utilizzate grazie alla loro elevata densità di potenza, alla lunga durata e alla capacità di ricarica rapida. Vengono utilizzate anche altre tecnologie chimiche, come le batterie al piombo-acido e a flusso.
2) Sistema di conversione di potenza (PCS) che collega il banco batterie alla rete elettrica. Il PCS è costituito da un inverter, un convertitore e altre apparecchiature di controllo che consentono il flusso di potenza in entrambe le direzioni tra la batteria e la rete.
3) Sistema di gestione della batteria (BMS) che monitora e controlla lo stato e le prestazioni delle singole celle della batteria. Il BMS bilancia le celle, le protegge dai danni causati da sovraccarico o scarica profonda e monitora parametri come tensione, corrente e temperatura.
4) Sistema di raffreddamento che rimuove il calore in eccesso dalle batterie. Il raffreddamento a liquido o ad aria viene utilizzato per mantenere le batterie entro l'intervallo di temperatura operativa ottimale e massimizzarne la durata.
5) Alloggiamento o contenitore che protegga e metta in sicurezza l'intero sistema di batterie. Gli alloggiamenti per batterie da esterno devono essere resistenti alle intemperie e in grado di resistere a temperature estreme.
Le funzioni principali di un BESS sono:
• Assorbire l'energia in eccesso dalla rete durante i periodi di bassa domanda e rilasciarla quando la domanda è alta. Questo aiuta a stabilizzare le fluttuazioni di tensione e frequenza.
• Immagazzinare energia rinnovabile da fonti come impianti solari fotovoltaici ed eolici, che hanno una produzione variabile e intermittente, per poi erogarla quando il sole non splende o il vento non soffia. In questo modo, l'energia rinnovabile viene trasferita quando è più necessaria.
• Fornire alimentazione di backup durante guasti o interruzioni della rete per mantenere operative le infrastrutture critiche, sia in modalità isola che in modalità rete.
• Partecipare ai programmi di risposta alla domanda e ai servizi ausiliari aumentando o diminuendo la potenza in uscita in base alla domanda, fornendo la regolazione della frequenza e altri servizi di rete.
In conclusione, con la continua crescita dell'energia rinnovabile come percentuale delle reti elettriche in tutto il mondo, i sistemi di accumulo di energia a batteria su larga scala svolgeranno un ruolo indispensabile nel rendere questa energia pulita affidabile e disponibile 24 ore su 24. La tecnologia BESS contribuirà a massimizzare il valore delle energie rinnovabili, stabilizzare le reti elettriche e supportare la transizione verso un futuro energetico più sostenibile e a basse emissioni di carbonio.
Data di pubblicazione: 07-07-2023
