La batteria di accumulo come booster funzionale per i parchi eolici più datati Phoenix Contact utilizza una tecnologia di controllo aperta per colmare il divario tra la produzione di energia, l'accumulo e l'ulteriore utilizzo.

Batteria di accumulo al lato di turbine eoliche e pannelli solari

Sintesi

Quando soffia una brezza fresca, tutti gli operatori di impianti a energia eolica sono felici dei rendimenti che ottengono dall'energia del vento. Se il vento si ferma, non si muove niente, anche se la domanda di energia elettrica rimane invariata. Ed è proprio qui che le fonti di energia rinnovabile si scontrano con il problema, poiché non sono in grado di fornire da sole un carico di base. Tuttavia, la situazione cambierà al più tardi quando i parchi avranno un proprio sistema di accumulo. Le batterie di accumulo danno ai parchi eolici un vero e proprio impulso funzionale in termini di efficienza economica, sicurezza di alimentazione e qualità della rete. Per mantenerli collegati alla rete più a lungo, gli impianti più vecchi in particolare possono essere efficacemente equipaggiati con sistemi di accumulo al di fuori dei periodi di sovvenzione. Phoenix Contact sostiene questo sviluppo con sistemi modulari per l'installazione di sistemi di accumulo.

Con una produzione di 125,3 miliardi di kWh, l'energia eolica è la fonte più importante del mix energetico tedesco.

Combinazione di energia eolica e stoccaggio per una seconda vita

Oggi il 46,2% del consumo lordo di elettricità in Germania è coperto da fonti rinnovabili. I dati dell'Agenzia Federale per l'Ambiente si riferiscono all'anno 2022 e descrivono l'energia eolica come la fonte più importante nel mix energetico, con un rendimento di 125,3 miliardi di kWh. Secondo Statista, la quota di energia eolica è stata del 21,7%.

Questo può sembrare positivo all'inizio, ma non deve far dimenticare che, secondo l'Agenzia Federale per l'Ambiente, è necessario un ritmo più veloce di espansione dell'eolico per raggiungere gli obiettivi climatici. Oltre all'ulteriore espansione, la questione di come gestire gli impianti ad energia eolica più vecchi è un problema ricorrente. Si tratta principalmente di impianti a energia eolica costruiti con sovvenzioni statali nell'ambito della legge sulle energie rinnovabili entrata in vigore nel 2000. Di conseguenza, i primi impianti a energia eolica hanno ormai ben 20 anni e sono considerati "dismessi".

A causa della perdita dei sussidi statali, i gestori si trovano di fronte alla questione economica se smantellare gli impianti o semplicemente continuare a farli funzionare. Una terza opzione è il repowering in combinazione con sistemi di accumulo industriali. Grazie a questa riserva, anche i parchi eolici più datati possono partecipare al mercato della potenza di bilanciamento primaria. Idealmente, il parco eolico e il sistema di accumulo sono combinati in un punto comune di attacco alla rete. In questo modo si crea un'unità di riserva che può fornire potenza di bilanciamento primaria grazie al sistema di accumulo. Si crea così una seconda vita per i parchi eolici obsoleti, poiché la combinazione con i sistemi di accumulo dà vita a modelli di business e di utilizzo completamente nuovi.

Phoenix Contact sostiene questo sviluppo con sistemi modulari per l'installazione di sistemi di accumulo. L'azienda utilizza anche una tecnologia di controllo aperta per colmare il divario tra la produzione di energia, l'accumulo e l'ulteriore utilizzo. Dietro a questo c'è l'obiettivo dell'accoppiamento settoriale con il quale Phoenix Contact sta continuando a lavorare sulla All Electric Society.

Rüdiger Meyer è esperto di sistemi di accumulo presso Phoenix Contact

Tre forme di potenza di bilanciamento per mantenere la rete stabile

La potenza di bilanciamento primaria è necessaria per mantenere stabile la rete elettrica. Naturalmente, tale potenza non ha alcuna possibilità fisica di immagazzinare energia. Di conseguenza, è necessario trovare un equilibrio costante tra domanda e offerta. A questo punto, l'industria energetica distingue tre forme di potenza di bilanciamento, definite in base alla loro capacità di essere richiamate nel tempo. La potenza di bilanciamento primaria deve essere disponibile entro 30 secondi. Nel caso di potenza secondaria, la risposta è solitamente richiesta entro 5 minuti. Questa forma di potenza di bilanciamento mantiene l'equilibrio per un periodo di 15 minuti, in modo che la potenza primaria possa recuperare. La riserva di sostituzione è nota anche come MRL. Deve essere disponibile per l'energia di bilanciamento negativa e positiva entro 15 minuti. Per le potenze positive generalmente vengono utilizzate centrali elettriche che possono essere avviate rapidamente. I carichi negativi possono essere ottenuti con grandi utenze come forni elettrici ad arco, riscaldatori ad accumulo notturno, impianti di pompaggio o lo spegnimento controllato di impianti a energia eolica. Tutte le misure brevemente descritte perseguono l'obiettivo generale di garantire la stabilità della rete. "Se il carico è troppo elevato, la frequenza si riduce. Se i carichi vengono rimossi, aumenta. Entrambi i casi devono essere evitati" riassume Rüdiger Meyer, esperto di applicazioni per i sistemi di accumulo presso Phoenix Contact.

Dal punto di vista economico, le centrali a turbina a gas prontamente disponibili per la riserva di sostituzione sono altrettanto inefficienti della chiusura dei parchi eolici. Da un lato, l'energia elettrica viene generata con un elevato input di energia primaria e, dall'altro, l'energia cinetica disponibile del vento non viene sfruttata. Alla luce di questo dilemma, Rüdiger Meyer vede ottime prospettive di sviluppo, in particolare per l'equipaggiamento dei parchi eolici esistenti con sistemi di accumulo su scala industriale. "Se combiniamo i parchi eolici con sistemi di accumulo su scala industriale, questi possono essere utilizzati per tamponare le curve di carico della rete. Grazie al proprio sistema di accumulo, le turbine eoliche possono quindi rimanere operative e generare energia anche quando la rete è piena" In senso opposto, l'energia può essere richiamata dal sistema di accumulo anche in assenza di vento. Le unità svolgerebbero quindi un ruolo importante anche per la stabilità della rete.

Smussare i picchi di carico e al contempo guadagnare

Ed è proprio a questo punto che si stanno sviluppando nuovi campi di attività nella direzione del "repowering", soprattutto per i parchi eolici più datati. La combinazione con sistemi di accumulo basati su batterie agli ioni di litio o celle di flusso redox offre un valido contributo alla stabilità della rete. Inoltre, si aprono nuove opportunità di guadagno per gli operatori, attraverso operazioni di arbitraggio. Le forti oscillazioni dei prezzi dell'elettricità sul mercato spot hanno un impatto in questo senso. L'impianto di accumulo assorbe l'energia eolica durante i periodi a una bassa tariffa e la rilascia a prezzi più alti durante i picchi temporanei di carico. Questo modello economico ha indubbiamente una motivazione monetaria, ma dimostra che la produzione e il consumo di energia possono essere separati nel tempo con l'aiuto dei sistemi di accumulo. Questo disaccoppiamento apre quindi nuove opportunità per l'accoppiamento settoriale sulla strada verso una All Electric Society.

Phoenix Contact offre già oggi soluzioni preparate, comprese le sottoapplicazioni pronte per l'installazione di impianti a energia eolica. La gamma di funzioni si estende fino alle applicazioni cloud, compresa l'integrazione degli standard di comunicazione attuali e futuri. La piattaforma di controllo aperta PLCnext svolge un ruolo fondamentale, in quanto può essere utilizzata per soddisfare comodamente i requisiti individuali. Questo include anche i modelli di business basati sull'IoT, che sono necessari per i servizi basati su cloud e per i processi informativi supportati da database. A livello hardware vengono utilizzate, tra l'altro, soluzioni complete per la gestione dell'alimentazione. L'ampio sistema offre soluzioni di connessione per l'elettronica di potenza di qualsiasi sezione. Phoenix Contact offre anche applicazioni preparate per il monitoraggio della rete. Obbligatorio: protezione efficace e affidabile contro i fulmini mediante scaricatori di corrente ad alte prestazioni.

Centrali elettriche ibride rinnovabili

"Con la nostra intera gamma di prodotti, siamo ora nella fortunata posizione di poter supportare il repowering di parchi eolici con sistemi industriali di accumulo, fino alla progettazione. In questo modo, stiamo creando una base essenziale per l'accoppiamento settoriale" riassume Rüdiger Meyer. L'aggiornamento dei parchi eolici con sistemi di accumulo trasforma gli impianti di generazione di energia rinnovabile in centrali elettriche ibride rinnovabili, in cui la produzione e l'accumulo di energia avvengono in un unico luogo. Rüdiger Meyer: "In questo contesto, le batterie di accumulo rappresentano un'alternativa molto valida per sostituire le centrali elettriche di picco, soprattutto perché i sistemi di accumulo non devono essere avviati anticipatamente e forniscono la loro energia in pochi millisecondi."