Sistemi di Accumulo di Energia a Batteria (BESS)

Un sistema BESS è un impianto progettato per accumulare energia elettrica sotto forma chimica (tipicamente in batterie agli ioni di litio, ma non solo) e restituirla alla rete o a un’utenza finale quando necessario.

Il loro ruolo si sta rivelando essenziale per diversi motivi:

1. Bilanciamento della rete elettrica: i BESS stabilizzano la rete fornendo energia durante i picchi di domanda e assorbendola durante i momenti di sovrapproduzione, specialmente in reti con alta penetrazione di energie rinnovabili non programmabili (come il fotovoltaico e l’eolico).
2. Servizi di rete: tra questi vi sono la regolazione della frequenza e il supporto alla tensione.
3. Backup e continuità operativa: i sistemi BESS offrono una fonte di energia di backup per applicazioni critiche (industriali, sanitarie, telecomunicazioni, ecc.), assicurando continuità anche in caso di interruzione della rete.
4. Ottimizzazione dei costi energetici: accumulando energia durante le fasce orarie a basso costo e rilasciandola nei momenti in cui l’energia è più cara, i BESS contribuiscono alla gestione intelligente del carico e alla riduzione delle bollette.

Lo sviluppo dei BESS è stato trainato principalmente da tre fattori: l’evoluzione delle tecnologie di accumulo, la crescente diffusione delle fonti rinnovabili e le politiche di decarbonizzazione. Il passaggio da applicazioni stazionarie di piccola scala a impianti industriali da decine o centinaia di MWh è stato reso possibile dalla rapida riduzione dei costi delle batterie, in particolare quelle al litio, e dall’aumento della loro densità energetica.

Oltre ai miglioramenti nella chimica delle batterie, anche l’elettronica di potenza, i sistemi di controllo e monitoraggio (BMS – Battery Management System) e le tecnologie di raffreddamento hanno contribuito al progresso dei BESS. La digitalizzazione, in particolare, gioca un ruolo centrale: i software avanzati di gestione energetica (EMS – Energy Management System) permettono una supervisione accurata, ottimizzando le operazioni e prolungando la vita utile delle batterie.

I sistemi di accumulo si differenziano i materiali e le tecnologie impiegate:

• Batterie agli ioni di litio (Li-ion):
oggi le più diffuse grazie all’elevata efficienza (oltre il 90%), lunga vita utile e buona densità energetica. Sono impiegate tanto in applicazioni residenziali quanto in impianti su scala utility.
• Batterie al piombo-acido:
tecnologia più economica ma con prestazioni inferiori. Utilizzata ancora in alcune applicazioni di backup o in ambienti con vincoli economici.
• Batterie al sodio-zolfo (NaS):
adatte per applicazioni su larga scala grazie alla loro stabilità, ma richiedono temperature elevate per funzionare.
• Batterie a flusso (redox flow):
basate su due soluzioni elettrolitiche separate, offrono scalabilità in termini di energia indipendentemente dalla potenza. Ideali per accumulo a lungo termine.

Ci sono anche tecnologie emergenti: batterie allo stato solido, al litio-zolfo o a metalli alternativi come il ferro, ancora in fase di sviluppo ma promettenti per il futuro.

Per esempio, nel residenziale si usano sistemi di piccola taglia, spesso associati a impianti fotovoltaici.
In ambito commerciale e industriale gli impianti medio-grandi usati per la gestione della domanda, riduzione dei costi e fornitura di backup. Impianti di grandi dimensioni, spesso superiori ai 10 MWh, sono impiegati nelle Utility-scale, connessi direttamente alla rete per stabilizzare il sistema elettrico.

La connessione di un BESS alla rete elettrica rappresenta un aspetto tecnico cruciale, in quanto coinvolge l’interfacciamento con l’infrastruttura di distribuzione o trasmissione, la gestione delle protezioni, la compatibilità normativa e il rispetto degli standard di sicurezza e qualità dell’energia.

1. Batterie: l’elemento centrale, composte da moduli e pacchi collegati in serie/parallelo per raggiungere la tensione e la capacità desiderata.
2. Inverter bidirezionali (PCS – Power Conversion System): convertono l’energia da corrente continua (DC) a corrente alternata (AC) e viceversa, permettendo l’interazione con la rete.
3. Trasformatori: adeguano la tensione dell’uscita dell’inverter ai livelli richiesti per l’iniezione in rete.
4. Quadri elettrici e sistemi di protezione: includono interruttori, sezionatori, relè di protezione e dispositivi di sicurezza contro sovratensioni, corto circuiti e guasti a terra.
5. Sistemi di controllo e comunicazione (SCADA, EMS, BMS): monitorano lo stato del sistema, gestiscono i flussi energetici e garantiscono il funzionamento ottimale e sicuro.
6. Sistemi di condizionamento termico: per mantenere la temperatura operativa delle batterie in un range ottimale, essenziale per la durata e le prestazioni.

Le prospettive di sviluppo per i BESS sono estremamente favorevoli. I principali fattori che ne guideranno la diffusione sono:

1. Transizione energetica e decarbonizzazione: l’accumulo sarà essenziale per gestire una rete con una quota crescente di energia rinnovabile.
2. Crescita dei microgrid e dell’autoconsumo: con la diffusione di comunità energetiche e impianti off-grid, i BESS avranno un ruolo strategico.
3. Mobilità elettrica e vehicle-to-grid (V2G): le batterie dei veicoli elettrici potranno integrare la rete come dispositivi di accumulo distribuiti.
4. Innovazione tecnologica: nuovi materiali, algoritmi di gestione avanzati, intelligenza artificiale e manutenzione predittiva permetteranno sistemi più efficienti, sicuri e duraturi.

Conclusioni

I sistemi BESS sono una tecnologia abilitante per il futuro dell’energia, capaci di rendere le reti elettriche più flessibili, resilienti ed efficienti. Grazie alla loro versatilità, possono essere utilizzati in molteplici contesti: dalla stabilizzazione della rete alla riduzione dei costi energetici, dal supporto alla mobilità elettrica alla creazione di comunità energetiche autonome.

Il progresso delle tecnologie di accumulo, unitamente allo sviluppo di infrastrutture elettriche intelligenti e interoperabili, renderà i BESS una colonna portante del sistema energetico del XXI secolo.