Un sistema di accumulo di energia a batteria, comunemente noto come BESS, utilizza gruppi di batterie ricaricabili per immagazzinare l'elettricità in eccesso proveniente dalla rete o da fonti rinnovabili, per un utilizzo successivo. Con l'avanzare delle energie rinnovabili e delle tecnologie per le reti intelligenti, i sistemi BESS stanno assumendo un ruolo sempre più vitale nella stabilizzazione delle forniture di energia e nella massimizzazione del valore dell'energia verde. Ma come funzionano esattamente questi sistemi?
Passaggio 1: Banco batterie
Il fondamento di qualsiasi sistema di accumulo di energia a batteria (BESS) è il mezzo di accumulo energetico: le batterie. Diversi 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 velocità di ricarica. In alcune applicazioni vengono utilizzate anche altre tecnologie, come le batterie al piombo-acido e le batterie a flusso.
Fase 2: Sistema di conversione di potenza
Il banco batterie si collega alla rete elettrica tramite un sistema di conversione di potenza (PCS). Il PCS è costituito da componenti di elettronica di potenza come un inverter, un convertitore e dei filtri che consentono il flusso di energia in entrambe le direzioni tra la batteria e la rete. L'inverter converte la corrente continua (CC) proveniente dalla batteria in corrente alternata (CA) utilizzata dalla rete, e il convertitore fa il contrario 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 la tensione e la corrente durante la carica e la scarica e protegge da danni causati da sovraccarico, sovracorrente o scarica profonda. 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 il loro intervallo di temperatura ottimale e massimizzare la durata del ciclo di vita. I tipi di raffreddamento più comuni sono il raffreddamento a liquido (mediante la circolazione di un refrigerante attraverso 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 sistema di accumulo a batterie (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 rilasciata nella rete tramite l'inverter. Ciò consente al BESS di "spostare nel tempo" l'energia rinnovabile intermittente, stabilizzare la frequenza e la tensione della rete e fornire energia di riserva durante le interruzioni di corrente.
Il sistema di gestione della batteria monitora lo stato di carica di ogni cella e controlla la velocità di carica e scarica per prevenire sovraccarico, surriscaldamento e scarica profonda delle batterie, prolungandone la durata. Il sistema di raffreddamento, inoltre, mantiene la temperatura complessiva della batteria entro un intervallo di sicurezza.
In sintesi, un sistema di accumulo di energia a batteria sfrutta batterie, componenti di elettronica di potenza, controlli intelligenti e gestione termica in modo integrato per immagazzinare l'elettricità in eccesso e rilasciare energia 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'aumento delle fonti di energia rinnovabile come l'energia solare ed eolica, i sistemi di accumulo di energia a batteria su larga scala (BESS) stanno assumendo 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 (Battery Essential Security) è in genere costituito da più componenti:
1) Pacchi batteria costituiti 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 le batterie 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 energia 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, 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 massimizzare la durata.
5) Alloggiamento o contenitore che protegge e mette in sicurezza l'intero sistema di batterie. Gli alloggiamenti per batterie da esterno devono essere resistenti alle intemperie e in grado di sopportare 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 elevata. Ciò contribuisce a stabilizzare le fluttuazioni di tensione e frequenza.
• Immagazzinare l'energia rinnovabile proveniente da fonti come il fotovoltaico e gli impianti eolici, che hanno una produzione variabile e intermittente, e poi rilasciare tale energia immagazzinata quando non c'è sole o vento. In questo modo, l'energia rinnovabile viene utilizzata quando è più necessaria.
• Fornire alimentazione di riserva durante guasti o interruzioni della rete elettrica per mantenere operative le infrastrutture critiche, sia in modalità isolata che connessa alla rete.
• Partecipare ai programmi di gestione della domanda e di servizi ancillari, aumentando o diminuendo la produzione di energia in base alla domanda, fornendo regolazione della frequenza e altri servizi di rete.
In conclusione, con la crescente quota di energie rinnovabili nelle reti elettriche di 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, a stabilizzare le reti elettriche e a supportare la transizione verso un futuro energetico più sostenibile e a basse emissioni di carbonio.
Data di pubblicazione: 7 luglio 2023
