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OrizzontEnergia

Energy storage: Il punto su mercato, infrastrutture e normativa dell'Ing.Pigni (FIAMM)

Il mercato dell'accumulo elettrico sta conoscendo una fase di evoluzione dal punto di vista tecnologico, ma non si sta ancora affermando in quanto vi sono vigenti problematiche di ordine infrastrutturale e normativo. L'ing.Pigni, FIAMM, ci spiega perchè.

Il tema dell'accumulo elettrico sta assumendo un rilievo sempre maggiore, grazie ai continui progressi della scienza che ha trovato campo fertile di applicazione sopattutto come supporto alla generazione elettrica da rinnovabili e nel comparto della mobilità elettrica. Per comprenderne al meglio le dinamiche di mercato, normative e tecnologiche, abbiamo intervistato l'Ing. Marco Pigni, Regulatory Affairs Advisor di FIAMM Sonick.

 

In che fase si trova il settore dell’accumulo elettrico in termini di sviluppo tecnologico e penetrazione nel mercato? Quali le criticità tecnologiche ancora da superare?

Al momento ci troviamo in una fase evolutiva, non matura, ma sicuramente di crescita. Le tecnologie dell’accumulo elettrico esistono da molti decenni: le classiche pile ricaricabili, che esistono da più di cent’anni, sono stati i primi modelli a comparire sul mercato; le ingegnerizzazioni successive si sono concentrate sulla tecnologia al piombo, e a queste, negli ultimi 20 anni, si sono aggiunte tecnologie innovative.

A livello di industrializzazione, intesa come capacità di essere economicamente appetibile al consumatore, le nuove tecnologie che si sono affacciate sul mercato sono quelle “a freddo” basate sulla famiglia degli ioni litio, e “a caldo” che presentano funzionamenti elettrochimici tra il 250° e i 320°, le cosiddette batterie al sale, a sodio cloruro di nichel e al sodio zolfo. A questi modelli appena citati vanno aggiunte anche le batterie redox–vanadio o a flusso che rientrano in un range di funzionamento molto vasto.

I player del mercato sono molti e sono principalmente distribuiti tra Europa (l’Italia ha una buona quota di mercatoquota di mercato
Percentuale del mercato servito da una determinata azienda, definita come il rapporto tra la quantità di prodotto venduto dall'impresa in un determinato mercato e quella venduta in totale (nello stesso mercato).
, assieme alla Germania), Corea del Sud, Giappone e Stati Uniti d’America. Dal 2000 circa stiamo assistendo a tassi di penetrazione del mercato superiori al 10% annui, e le previsioni di crescita sono incoraggianti grazie all’interazione tra i vari mercati di sbocco; l’evoluzione del mercato infatti non riguarda solamente sistemi di accumulo elettrochimici per l’integrazione delle fonti rinnovabilifonti rinnovabili
Una risorsa è detta rinnovabile se, una volta utilizzata, è in grado di rigenerarsi attraverso un processo naturale in tempistiche paragonabili con le tempistiche di utilizzo da parte dell'uomo. Sono considerate quindi risorse rinnovabili:
- il sole
- il vento
- l'acqua
- la geotermia
- le biomasse
non programmabili nella rete elettricarete elettrica
Insieme delle linee elettriche, delle stazioni elettriche e delle cabine elettriche adibite alle operazioni di trasmissione e distribuzione dell'elettricità. La rete elettrica può essere ad alta tensione (da 40 a 380 kV), a media tensione (da 1 a 30 kV) o bassa tensione (380 V).
o per meglio bilanciare una rete isolata, ma riguarda anche le applicazioni per la mobilità elettrica e per batterie per servizi ausiliari di back up negli usi industriali. Sono questi in sostanza i mercati che stanno crescendo e che sosterranno i tassi di crescita attesi per il prossimo decennio, che rientrano sempre in un range di crescita annua che va dal 10% al 20%.

Fiamm_CILE_1.jpg

Per quanto concerne invece le criticità tecnologiche, queste esistono e sono di varia natura, nonostante a mio parere non costituiscano il vero freno ad un maggior sviluppo al mercato dell’accumulo elettrochimico. I problemi tecnologici esistenti sono riconducibili alla durata (numero di cicli di carica/scarica della batteria alla massima profondità di scarica). Bisognerebbe a tal riguardo aumentare i cicli di “carica e scarica” della batteria intervenendo sulla durata effettiva per poterne ammortizzare l’investimento.

Un altro aspetto importante è l’aumento dell’efficienza di funzionamento ottimale delle batterie, con riferimento sia all’ ottimizzazione dei sistemi di controllo dell’elettrochimica di cella (battery management systems) sia all’ ottimizzazione del processo di conversione dell'energiaenergia
Fisicamente parlando, l'energia è definita come la capacità di un corpo di compiere lavoro e le forme in cui essa può presentarsi sono molteplici a livello macroscopico o a livello atomico. L'unità di misura derivata del Sistema Internazionale è il joule (simbolo J)
generata con riferimento all’inverterinverter
Dispositivi atti a modificare la velocità  di un motore elettrico modulandone la frequenza di alimentazione in base al carico richiesto, ovvero adattando il funzionamento del motore alle necessità  del momento evitando, quindi, sovradimensionamenti e sprechi.
abbinato al sistema.

Un’altra grossa sfida tecnologica consiste nel rendere i sistemi di accumulo elettrochimici veri fattore-abilitanti chiave all’interno di una micro-grid, in un contesto in cui i carichi vengono gestiti in maniera intelligente tramite la domotica e i sistemi di controllo intelligenti dell’energia bilanciano ed equilibrano i flussi di energia tra generatori distribuiti (soprattutto rinnovabili ma non solo) e carichi stessi. E’ la frontiera questa delle cosidette smart power solution.

  

 

Cos’altro ancora manca per raggiungere la sua maturità (normativa, incentivi, ricerca) ?

Con riferimento al nostro Paese, le problematiche che vedo sono prima di tutto di natura normativa e regolatoria, più che di incentivazione diretta.

Vi è la necessità di norme che legittimino e valorizzino i servizi erogabili dai sistemi di accumulo in una rete elettrica (sia in bassa che in media tensionetensione
Grandezza fisica che rappresenta l'energia necessaria a far fluire una carica elettrica tra due punti, per creare una corrente. Nel Sistema Internazionale si misura in Volt. Le linee elettriche possono essere ad altissima tensione (tensione nominale superiore a 150 kV), alta tensione (compresa fra 35 e 150 kV), media tensione (compresa fra 1 e 35 kV) e a bassa tensione (tensione inferiore a 1 kV).
), per accrescere la sicurezza del sistema nel suo complesso e per minimizzare i costi delle attività di dispacciamentodispacciamento
Energia elettrica:
Attività di gestione, istante per istante, dei flussi di energia elettrica consumata e dei flussi di energia elettrica prodotta in modo da garantire un costante equilibrio tra domanda e offerta. L'energia elettrica, infatti, è un bene che non si può immagazzinare, quindi a fronte di una richiesta deve esserci necessariamente un punto di produzione in tempo reale. Queste operazioni, molto complesse, sono svolte da Terna.
Gas naturale:
Attività di gestione del sistema di trasporto e distribuzione del gas per rendere disponibile, in qualsiasi momento e in ogni punto della rete, la quantità di gas richiesta.
.

Fiamm_Backup.jpg

Un problema notevole è l’armonizzazione delle differenti normative disciplinanti l’integrazione dei sistemi di accumulo nelle reti elettriche dei vari paesi. Ad oggi la situazione è assai variegata e disomogenea. In alcuni paesi occidentali dove la rete elettrica è tutto sommato ben gestita da TSO fortemente responsabilizzati, la situazione è normata e sviluppata secondo un approccio top–down, basato sulla grande generazione centralizzata, con linee in alta e media tensione e flussi unidirezionali dell’energia molto capillari. Nel contesto europeo la crescente generazione distribuita sta modificando gli equilibri delle reti, facendo emergere la necessità di introdurre elementi di flessibilità in grado di fornire in maniera efficace e efficiente un buon numero di servizi di rete per un suo equilibrio e sicurezza. 

In altri paesi, soprattutto extra-europei (penso all’Asia, al Sud America, all’ Africa ed all’Oceania) invece le reti possono essere più fragili, poco infrastrutturate e poco capillari. Qui a seguito di una significativa presenza di applicazioni di generazione isolata da fonte convenzionale e di una normativa poco evoluta, possono verificarsi situazioni in cui l’approvvigionamentoapprovvigionamento
Insieme di attività finalizzate al reperimento dei quantitativi materie prime necessarie allo svolgimento delle attività economico-produttive di un Paese consumatore.
difficilmente ha caratteristiche di affidabilità, continuità, economicità ed efficienza. In questi contesti ci sono le maggiori possibilità di rapida penetrazione e sviluppo dei sistemi di accumulo viste le molteplici aree possibili di intervento/applicazione. Basti pensare che in isole minori o zone remote (soprattutto, ma non solo ubicate nei Paesi in via di sviluppo) il kWhkWh
Unità di misura dell'energia elettrica equivalente a 1.000 Wh (wattora), ovvero 1.000 W forniti o richiesti in un'ora.
prodotto dai generatori a gasoliogasolio
Prodotto derivante dalla distillazione del petrolio greggio. Viene utilizzato soprattutto per alimentare motori Diesel oppure negli impianti di riscaldamento civile. Nei motori Diesel, detti anche ad accensione spontanea, il gasolio viene iniettato nel cilindro dove trova aria molto compressa (anche 40 volte la pressione ambiante). Per poter essere impiegato nei motori il gasolio deve avere determinate caratteristiche, per esempio una buona capacità di accensione (soprattutto alla basse temperature) e un opportuno potere lubrificante.
supera spesso i 700-800 euro a MWh, e di conseguenza l’accumulo elettrochimico abbinato a fonti rinnovabili distribuite si rivela già ora economicamente vantaggioso e potrebbe rivelarsi davvero efficace.

Nelle aree del globo già sufficientemente infrastrutturate invece la standardizzazione della normativa sui sistemi di accumulo è essenziale per diffondere riferimenti, prodotti e sistemi che siano omogenei, che possano essere confrontati su un mercato evoluto e che possano garantire una competizione basata sulla qualità del prodotto che condurrebbe anche ad una diminuzione dei prezzi.

Servirebbe anche una maggior ottimizzazione dell’ingegnerizzazione delle soluzioni a favore di sistemi più “aperti”  in grado di far dialogare in maniera efficace e intelligente le batterie con più convertitori e con le altre componenti elettriche  del sistema, in maniera sicura conforme alle regole tecniche che ogni paese emana ma nello stesso tempo nel modo più flessibile e libero possibile.

In realtà al momento c’è molta rigidità e ci si auspica un crescente impegno nella ricerca e sperimentazione per sviluppare le possibilità di integrazione dei singoli elementi che compongono la smart power grid, abbattendone i costi unitari di produzione grazie ad un più diffuso utilizzo.

  

 

Quale fra la mobilità o il supporto alle fonti rinnovabili sarà il settore che per primo vedrà una piena diffusione dei sistemi di accumulo?

Non è facile dare una risposta che possa essere la medesima per tutti i paesi e per tutte le applicazioni.

Fiamm_Cile_3.JPGNei paesi dove le infrastrutture elettriche sono meno evolute, che presentano sia fragilità di rete che difficoltà nel garantire una continuità della fornitura, i sistemi di accumulo che possono trovare maggiore applicazione probabilmente sono quelli stazionari come supporto alle rinnovabili; è questo il caso dei paesi in via di sviluppo. In questi paesi i sistemi di accumulo come supporto alle rinnovabili si stanno rivelando preziosi ed importanti ed il processo di diffusione risulta essere più accelerato rispetto alle applicazioni di supporto alla mobilità elettrica.  

Sono già stati effettuati ingenti investimenti sull’infrastruttura di ricarica dei veicoli, così da renderli più capillarmente diffusi e farli dialogare con le infrastrutture base di rete già evolute e sicure. Se, come sembra, nel prossimo quinquennio questi investimenti dovessero davvero impennarsi, portando a un forte incremento del tasso di elettrificazione dei veicoli sia per usi privati che per usi collettivi (anche a fronte dei sempre più stringenti obblighi di policy ambientale), ecco che la mobilità elettrica potrebbe essere un driver significativo per un incremento delle vendite delle batterie registrando un trend superiore al trend di crescita dell’energy storageenergy storage
Immagazzinamento dell'energia (o stoccaggio dell'energia), consiste in una serie di tecniche e processi che permettono di concentrare su supporti diversi, differenti forme di energia per essere utilizzate successivamente. Un dispositivo che accumula energia è chiamato talvolta accumulatore. Tutte le forme di energia sono energie potenziali oppure energie cinetiche. I sistemi di stoccaggio in uso commerciale oggi possono essere classificabili in meccanici, elettrici, chimici, biologici, termici e nucleari. Lo stoccaggio di energia, come processo naturale, non è un tecnica o processo di recentissima scoperta. Finora, lo stoccaggio da impianti idroelettrici con pompaggio dell’acqua era sembrata l’unica via percorribile per l’immagazzinamento di grandi quantità di energia, ma gli sviluppi recenti nelle tecnologie degli accumulatori hanno aperto la strada a soluzioni come le batterie ad accumulo che consentono l’integrazione efficiente della energia da fonti rinnovabili generata intermittentemente.

stazionario. 

Viceversa nei paesi più evoluti dal punto di vista dell’infrastruttura e dell’efficienza elettrica, come i paesi del centro e del nord Europa e gli U.S.A, ma anche il Giappone e la Cina, l’accumulo per la mobilità elettrica sta finalmente registrando trend molto positivi, soprattutto nell’ultimo quadriennio.

Nei paesi più evoluti e più complessi dal punto di vista dell’infrastruttura elettrica, il mercato dell’energy storage per usi stazionario on grid, pur restando assolutamente promettente, registra ad oggi, purtroppo, trend di sviluppo assai più diluiti e graduali rispetto all’accumulo per usi di back up e per usi di mobilità.

Sono quindi necessari veri e propri interventi normativi di supporto che possano permettere un’abilitazione generalizzata di tali applicazioni per far svolgere all’accumulo in abbinamento alla generazione distribuita da FER alcuni servizi utili alla rete, o che vengano in ausilio a modelli alternativi di produzione e consumo decentralizzato (SEU, RIU, comunità elettriche, condominio elettrico, ecc…). Tutto ciò al momento, soprattutto in Italia, sembra alquanto incerto.

 

 

Il 27 Maggio sarà in programma rEVolution – Electric Drive Days, a Sara di Lainate, un appuntamento importante sulla mobilità elettrica in occasione del quale si attende una proposta d'intenti del Governo per lo sviluppo della mobilità elettrica. Quanto l’accumulo potrà incidere sullo sviluppo della mobilità elettrica in Italia e quali misure sarebbero auspicabili?

Gli attuali notevolissimi tassi di investimento nella ricerca ed innovazione nel comparto delle batterie per mobilità elettrica possono avere grandissima incidenza nel poter garantire una sempre maggior affidabilità al veicolo, elevata durata in termini di chilometri, e semplicità nel ricaricare l’auto in ambienti vari e nel pieno rispetto delle norme di sicurezza. I sistemi che si stanno sviluppando oggi sono improntati alla ricerca della massima sicurezza di esercizio. In questo contesto inoltre i sistemi di accumulo stazionari se abbinati a colonnine e punti di ricarica intelligenti possono avere un grande ruolo nello sviluppo della mobilità elettrica sostenibile del presente e del futuro. Per mezzo dei sistemi di buffering basati su accumuli stazionari abbinati ad impianti fotovoltaici distribuiti infatti si potrebbe ridurre l’impegno di potenzapotenza
Grandezza data dal rapporto tra il lavoro (sviluppato o assorbito) e il tempo impiegato a compierlo. Indica la rapidità con cui una forza compie lavoro. Nel Sistema Internazionale si misura in watt (W).
richiesto dalla stazione di ricarica alla rete elettrica e quindi facilitarne una maggior diffusione e capillarità anche in reti più fragili, soprattutto in bassa tensionebassa tensione
Tensione inferiore a 1000 V in corrente alternata ed inferiore a 1500 V in corrente continua.
, e in aree metropolitane congestionate a livello di cabine elettriche MT/BT.Fiamm_Mobility.jpg

In sostanza l’accumulo può sicuramente incidere sullo sviluppo della mobilità elettrica con il doppio ruolo di aiutare da una parte il veicolo con sistemi più veloci, più efficienti e che garantiscano una maggior durata della batteria, dall’altra aiutando il distributoredistributore
Soggetto proprietario e responsabile della rete di distribuzione locale (di elettricità o di gas) a cui sono allacciati direttamente gli utenti finali.
a bilanciare i prelievi da infrastrutture di ricarica come le colonnine.

 

 

Da un punto di vista ambientale, quanto è stimabile la contribuzione di un crescente utilizzo di sistemi di accumulo e veicoli elettrici alla diminuzione delle emissioni di CO2CO2
Gas inodore, incolore e non infiammabile, la cui molecola è formato da un atomo di carbonio legato a due atomi di ossigeno. È uno dei gas più abbondanti nell'atmosfera, fondamentale nei processi vitali delle piante e degli animali (fotosintesi e respirazione).

ed il raggiungimento degli obiettivi stabiliti dalla COP21 ?

Non è semplice rispondere nemmeno a questa domanda. Ci sono stati moltissimi studi nel passato che hanno prodotto risultati divergenti su questo punto; altri studi sono attualmente in corso come per esempio uno dell’ANIE i cui risultati però saranno resi noti solo a fine del corrente anno.

Di sicuro il contributo alla decarbonizzazione della nostra economia derivante dall’ impego degli accumuli sia per usi stazionari che per la mobilità sostenibile è forte e sarà ancora più forte a seconda dei trend di crescita ipotizzati nei vari scenari di diffusione dei medesimi. Il contributo sarà essenziale dal punto di vista delle emissioni provenienti dalla generazione termica centralizzata e, dato che vi sono sempre più fonti rinnovabili ben integrate a livello di generazione nella rete elettrica, anche grazie all’accumulo possono ridurre la necessità di centrali alimentate da fonti fossili.

La riduzione di CO2 da combustionecombustione
Processo chimico esotermico (ovvero che comporta sviluppo di calore) in cui il combustibile si combina con l'ossigeno presente nell'aria oppure appositamente separato (comburente). La reazione di combustione avviene previo innesco localizzato (accensione).
interna dei veicoli sarà notevole; si stima che i sistemi di accumulo applicati ai veicoli elettrici possano contribuire alla decarbonizzazione in una fascia che varia dal 5% al 25% degli obiettivi stabiliti dalla COP21, sia per quanto concerne gli obiettivi di diffusione delle rinnovabili sia per la penetrazione di usi sostenibili della mobilità da qui al 2030.

 

 

Il comparto della mobilità elettrica, in Italia, non ha ancora trovato una dimensione importante nel mercato dell'automotiv. Quali sono i principali freni che ne rallentano lo sviluppo? Sono solo di tipo economico o anche tecnologico?

I problemi economici assumono certamente un peso rilevante; soprattutto in termini di prezzo d’acquisto e c’è un grosso divario tra domanda e offerta. I prezzi sicuramente dipendono anche dal quantitativo di ordini, che al momento sono esigui.

Ci sono sicuramente gap infrastrutturali in Italia: la presenza sul territorio di colonnine e stazioni di ricarica è ancora molto bassa. Al momento sono in fase di implementazione dei piani infrastrutturali regionali che però non dispongono di risorse sufficienti per garantire trend massivi e permeanti quantomeno nel breve termine.

Dal punto di vista tecnologico ci sono invece problemi di standardizzazione e di decisione del modello di diffusione del processo di ricarica del veicolo; quanto più il modello è concepito come “open source” e trasparente nelle modalità di ricarica, di contrattualizzazione e di pagamento, quanto più tutto ciò semplifica il processo di diffusione.

Le prestazioni delle batterie veicolari stanno registrando miglioramenti continui, e possono raggiungere sicuramente livelli di durata ancor più elevati. Oggi l’autonomia del veicolo si aggira tra i 200 ed i 300 km, sufficiente quantomeno per il traffico cittadino, ma non ancora efficace per le lunghe distanze.

Vi è la necessità di fare un masterplan serio per aumentare l’efficacia degli investimenti in infrastrutture idonee ai reali bisogni crescenti in questo comparto, per cui plaudo all’iniziativa del Governo prevista per il 27 Maggio augurandomi che possa essere davvero un’occasione per fare il punto su questi argomenti delicati e per organizzare al meglio il mercato futuro.

 

Intervista a cura di Orizzontenergia

Data: 01/06/2016

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