Battery Energy Storage System (BESS) è un sistema di batterie su larga scala basato sulla connessione alla rete, utilizzato per immagazzinare elettricità ed energia. Combina più batterie insieme per formare un dispositivo di accumulo di energia integrato.
1. Cella della batteria: come parte del sistema batteria, converte l'energia chimica in energia elettrica.
2. Modulo batteria: composto da più celle della batteria collegate in serie e in parallelo, include il sistema di gestione della batteria del modulo (MBMS) per monitorare il funzionamento delle celle della batteria.
3. Cluster di batterie: utilizzato per ospitare più moduli collegati in serie e unità di protezione della batteria (BPU), noti anche come controller del cluster di batterie. Il sistema di gestione della batteria (BMS) per il gruppo batterie monitora la tensione, la temperatura e lo stato di carica delle batterie regolandone i cicli di carica e scarica.
4. Contenitore per lo stoccaggio dell'energia: può trasportare più gruppi di batterie collegati in parallelo e può essere dotato di altri componenti aggiuntivi per la gestione o il controllo dell'ambiente interno del contenitore.
5. Power Conversion System (PCS): la corrente continua (DC) generata dalle batterie viene convertita in corrente alternata (AC) tramite PCS o inverter bidirezionali per la trasmissione alla rete elettrica (impianti o utenti finali). Quando necessario, questo sistema può anche estrarre energia dalla rete per caricare le batterie.
Qual è il principio di funzionamento dei sistemi di accumulo dell'energia a batteria (BESS)?
Il principio di funzionamento del Battery Energy Storage System (BESS) comprende principalmente tre processi: carica, conservazione e scarica. Durante il processo di ricarica, BESS immagazzina energia elettrica nella batteria attraverso una fonte di alimentazione esterna. L'implementazione può essere in corrente continua o alternata, a seconda della progettazione del sistema e dei requisiti applicativi. Quando la potenza fornita dalla fonte di alimentazione esterna è sufficiente, BESS converte l'energia in eccesso in energia chimica e la immagazzina internamente in batterie ricaricabili in una forma rinnovabile. Durante il processo di stoccaggio, quando l'alimentazione esterna è insufficiente o assente, BESS conserva l'energia immagazzinata completamente carica e mantiene la sua stabilità per un uso futuro. Durante il processo di scarica, quando è necessario utilizzare l'energia immagazzinata, BESS rilascia una quantità adeguata di energia in base alla domanda per l'azionamento di vari dispositivi, motori o altre forme di carichi.
Quali sono i vantaggi e le sfide dell’utilizzo di BESS?
BESS può fornire vari vantaggi e servizi al sistema energetico, come ad esempio:
1. Migliorare l’integrazione dell’energia rinnovabile: BESS può immagazzinare l’energia rinnovabile in eccesso durante i periodi di alta produzione e bassa domanda e rilasciarla durante i periodi di bassa generazione e alta domanda. Ciò può ridurre la riduzione del vento, migliorarne il tasso di utilizzo ed eliminarne l’intermittenza e la variabilità.
2. Miglioramento della qualità e dell'affidabilità dell'energia: BESS può fornire una risposta rapida e flessibile alle fluttuazioni di tensione e frequenza, armoniche e altri problemi di qualità dell'energia. Può anche fungere da fonte di alimentazione di backup e supportare la funzione black start durante interruzioni della rete o emergenze.
3. Riduzione della domanda di punta: BESS può caricare durante le ore non di punta quando i prezzi dell'elettricità sono bassi e scaricare durante le ore di punta quando i prezzi sono alti. Ciò può ridurre i picchi di domanda, abbassare i costi dell’elettricità e ritardare la necessità di una nuova espansione della capacità di generazione o di aggiornamenti della trasmissione.
4. Riduzione delle emissioni di gas serra: BESS può ridurre la dipendenza dalla generazione basata su combustibili fossili, soprattutto durante i periodi di punta, aumentando al contempo la quota di energia rinnovabile nel mix energetico. Ciò aiuta a ridurre le emissioni di gas serra e a mitigare gli impatti dei cambiamenti climatici.
Tuttavia, BESS deve affrontare anche alcune sfide, tra cui:
1. Costi elevati: rispetto ad altre fonti energetiche, il BESS è ancora relativamente costoso, soprattutto in termini di costi di capitale, costi operativi e di manutenzione e costi del ciclo di vita. Il costo del BESS dipende da molti fattori come il tipo di batteria, le dimensioni del sistema, l'applicazione e le condizioni di mercato. Man mano che la tecnologia matura e si espande, si prevede che il costo di BESS diminuirà in futuro, ma potrebbe comunque rappresentare un ostacolo a un’adozione diffusa.
2. Problemi di sicurezza: BESS comporta alta tensione, corrente elevata e alta temperatura che comportano rischi potenziali come pericoli di incendio, esplosioni, scosse elettriche ecc. BESS contiene anche sostanze pericolose come metalli, acidi ed elettroliti che possono causare rischi per l'ambiente e la salute se non maneggiati o smaltiti correttamente. Sono necessari standard, regolamenti e procedure di sicurezza rigorosi per garantire il funzionamento e la gestione sicuri di BESS.
5. Impatto ambientale: BESS può avere impatti negativi sull'ambiente tra cui l'esaurimento delle risorse, problemi di utilizzo del territorio, problemi di utilizzo dell'acqua, produzione di rifiuti e problemi di inquinamento. BESS richiede quantità significative di materie prime come litio, cobalto, nichel, rame ecc., che sono scarso a livello globale con una distribuzione non uniforme. Il BESS consuma anche acqua e terreno per gli impianti e le operazioni di produzione mineraria. Il BESS genera rifiuti ed emissioni durante tutto il suo ciclo di vita che potrebbero influire sulla qualità dell'aria, dell'acqua e del suolo. Gli impatti ambientali devono essere considerati da adottare pratiche sostenibili per minimizzarne il più possibile gli effetti.
Quali sono le principali applicazioni e casi d'uso di BESS?
BESS è ampiamente utilizzato in vari settori e applicazioni, come la produzione di energia, impianti di stoccaggio dell'energia, linee di trasmissione e distribuzione nel sistema energetico, nonché veicoli elettrici e sistemi marini nel settore dei trasporti. Viene utilizzato anche nei sistemi di accumulo dell'energia a batteria per edifici residenziali e commerciali. Questi sistemi possono soddisfare le esigenze di stoccaggio dell’energia in eccesso e fornire capacità di backup per alleviare il sovraccarico sulle linee di trasmissione e distribuzione prevenendo al contempo la congestione nel sistema di trasmissione. BESS svolge un ruolo cruciale nelle microreti, che sono reti elettriche distribuite collegate alla rete principale o che funzionano in modo indipendente. Le microreti indipendenti situate in aree remote possono fare affidamento sul BESS combinato con fonti di energia rinnovabile intermittenti per ottenere una generazione di elettricità stabile, contribuendo al tempo stesso a evitare i costi elevati associati ai motori diesel e ai problemi di inquinamento atmosferico. BESS è disponibile in varie dimensioni e configurazioni, adatte sia per apparecchiature domestiche di piccole dimensioni che per sistemi di utilità su larga scala. Possono essere installati in luoghi diversi, tra cui abitazioni, edifici commerciali e sottostazioni. Inoltre, possono fungere da fonti di alimentazione di riserva di emergenza durante i blackout.
Quali sono i diversi tipi di batterie utilizzate in BESS?
1. Le batterie al piombo sono il tipo di batteria più utilizzato, costituito da piastre di piombo ed elettrolita di acido solforico. Sono molto apprezzati per il loro basso costo, la tecnologia matura e la lunga durata, applicati principalmente in aree come le batterie di avviamento, le fonti di alimentazione di emergenza e lo stoccaggio di energia su piccola scala.
2. Le batterie agli ioni di litio, uno dei tipi di batterie più popolari e avanzati, sono costituite da elettrodi positivi e negativi realizzati in litio metallico o materiali compositi insieme a solventi organici. Presentano vantaggi quali alta densità energetica, alta efficienza e basso impatto ambientale; svolgendo un ruolo cruciale nei dispositivi mobili, nei veicoli elettrici e in altre applicazioni di stoccaggio dell’energia.
3. Le batterie a flusso sono dispositivi ricaricabili di accumulo di energia che funzionano utilizzando mezzi liquidi immagazzinati in serbatoi esterni. Le loro caratteristiche includono bassa densità energetica ma alta efficienza e lunga durata.
4. Oltre alle opzioni sopra menzionate, sono disponibili anche altri tipi di BESS come batterie al sodio-zolfo, batterie al nichel-cadmio e supercondensatori; ciascuno possiede caratteristiche e prestazioni diverse adatte a vari scenari.
Orario di pubblicazione: 22 novembre 2024