Un sistema BESS, acronimo dell’inglese Battery Energy Storage System, è in grado di immagazzinare la sovrapproduzione di energia elettrica dei sistemi fotovoltaici nelle ore centrali ed erogarla durante i picchi di richiesta serali. In questo focus dedicato, vediamo come questi sistemi possano contribuire alla stabilizzazione della rete elettrica.
La risoluzione della curva dell’anatra
La massiccia penetrazione delle fonti rinnovabili di produzione energetica ha introdotto una delle sfide ingegneristiche più complesse per le reti elettriche moderne: la gestione della cosiddetta curva dell’anatra, o duck curve, in lingua inglese. Questo fenomeno descrive il forte squilibrio tra produzione e consumo. Nelle ore centrali della giornata, l’elevata generazione dovuta all’azione del fotovoltaico crea un surplus di energia, ma lo fa quando la domanda della rete è moderata. Al tramonto, in seguito all’abbassarsi del sole, la produzione crolla verticalmente, proprio in concomitanza con il picco serale dei consumi civili e industriali.
In questo scenario, i sistemi BESS stazionari intervengono immagazzinando la sovrapproduzione nelle ore centrali ed erogandola durante i picchi serali. La loro azione evita il fenomeno del curtailment, ovvero il distacco forzato degli impianti rinnovabili dalla rete, nelle ore di massima produzione, al fine di prevenire sovraccarichi.
In Italia, il fabbisogno stimato di accumulo stazionario sulla rete elettrica al 2030 supererà gli 80 GWh di capacità complessiva, secondo le indicazioni del PNIEC. Gli impianti di accumulo energetico BESS garantiscono un rendimento di conversione completo, dalla carica totale alla scarica integrale, compreso tra l’85% e il 92%, come stima la guida di BayWa r.e e confermano le risorse messe a disposizione del pubblico di Enel Learning Hub sul funzionamento degli accumulatori di questo tipo.
Comparazione chimica delle celle
Allo scopo di comprendere il funzionamento dei sistemi BESS a livello industriale e l’importanza della loro azione, vediamo come agiscono, considerando la loro struttura elettrochimica; l’elettronica di controllo e i sistemi di sicurezza integrati all’interno dei moduli containerizzati. Ci manterremo comprensibili a tutti, senza entrare in complessi tecnicismi. Chi lo desideri, può approfondire a un livello più profondo consultando il portale di Archimede Energia e/o la guida tecnica di ACCA Biblus ai Battery Energy Storage Systems.
Il predominio delle celle Litio-Ferro-Fosfato rispetto alle NMC
Nei sistemi di accumulo energetico BESS destinati all’impiego stazionario, la chimica LFP, iniziali di Litio-Ferro-Fosfato, secondo la tabella periodica, ha quasi completamente soppiantato la NMC, Nichel-Manganese-Cobalto. Nell’accumulo di rete, peso e densità volumetrica non rappresentano vincoli critici, mentre risultano prioritari stabilità termica, longevità operativa e costo contenuto per kWh.
Le celle LFP offrono una resistenza superiore al degrado chimico, dunque possono funzionare a regime più a lungo, e una soglia di fuga termica nettamente più elevata rispetto alle alternative NMC, per sopportare meglio il riscaldamento dovuto all’irraggiamento solare.
| Parametro tecnico ed elettrochimico | Batteria LFP (LiFePO4) | Batteria NMC (LiNiMnCoO2) | Vantaggio per il BESS stazionario |
| Densità energetica specifico-volumetrica | Moderata (140-180 Wattora/chilogrammo) | Elevata (200-260 Wh/kg) | Irrilevante (gli impianti stazionari sono a terra) |
| Cicli di vita utile (durata) | > 6.000 – 8.000 cicli | 1.500 – 2.500 cicli | Costo ammortizzato al kWh drasticamente inferiore |
| Soglia di fuga termica (Thermal Runaway) | Stabile fino a 270 gradi | Critica a 210 gradi | Massima sicurezza antincendio nei container |
| Costo della materia prima | Basso (nessuna presenza di cobalto o nichel) | Elevato (presenza di elementi rari) | Scalabilità economica per gli impianti |
Integrazione tra Inverter bidirezionali PCS e Battery Management System
L’operatività di un impianto di accumulo industriale BESS dipende dall’interazione tra l’infrastruttura di stoccaggio elettrochimico e la componente elettronica di potenza. Perché il sistema riesca a svolgere il suo compito è necessaria la presenza di due elementi chiave, i quali vanno integrati nei container di immagazzinamento:
- Power Conversion System (PCS): così si chiama l’inverter bidirezionale fondamentale per convertire la corrente continua (DC) erogata o assorbita dalle batterie in corrente alternata (AC) richiesta dalla rete elettrica, e viceversa. I sistemi moderni garantiscono una velocità di commutazione dalla modalità di carica a quella di scarica inferiore a 20–50 millisecondi.
- Battery Management System (BMS): è il cervello elettronico dell’impianto e monitora costantemente tensione, corrente e temperatura di ogni singola cella. Il BMS interviene al fine di prevenire sbilanciamenti di carica, sovraccarichi e condizioni operative critiche.
Sistemi di climatizzazione HVAC
Il mantenimento dell’efficienza termica all’interno dei container BESS richiede un’infrastruttura d’ausilio avanzata. La gestione della temperatura avviene tramite condizionamento a liquido o sistemi HVAC ad aria, progettati per mantenere l’intervallo termico di lavoro ideale compreso tra 20 °C e 25 °C, azzerando il degrado precoce delle celle, annoso problema in ambito fotovoltaico.
I moduli sono inoltre equipaggiati con sensori per il rilevamento tempestivo dei gas di off-gassing (indicatori precoci di anomalia elettrochimica) e impianti di estinzione automatica a gas inerte, come Novec 1230 o FK-5-1-12, capaci di soffocare sul nascere qualsiasi principio d’incendio. Si tratta di misure di sicurezza efficaci e affidabili, le quali rappresentano lo standard in impianti di questo tipo.
I servizi d’antenna per Terna e il bilanciamento di frequenza ultra-rapido
Oltre ad accumulare energia, i sistemi BESS svolgono un ruolo primario per il gestore della rete di trasmissione nazionale. In Italia, si tratta di Terna. Come evidenzia Aggreko, nella sua guida introduttiva ai sistemi BESS di accumulo, i container di stoccaggio forniscono servizi d’antenna molto importanti per la stabilità della rete. Gli approfondimenti sull’evoluzione dello storage energetico redatti da Elettrico Magazine sottolineano come gli impianti di accumulo coadiuvino la regolazione primaria di frequenza e possano evitare la saturazione di stazioni e linee di trasmissione.
Regolazione primaria di frequenza e riserva di inerzia sintetica
La frequenza di rete deve rimanere costante intorno al valore nominale di 50 Hz. Il distacco improvviso di una centrale di generazione o un picco imprevisto di carico provocano un’oscillazione della frequenza. Una simile evenienza causa blackout e può provocare danni alla rete.
Mentre i gruppi turbogas tradizionali richiedono alcuni minuti per completare la rampa di salita, come si suol dire, ovvero ripristinare la frequenza necessaria dopo l’oscillazione, i sistemi BESS rispondono all’istante e sono in grado di erogare i megawatt necessari in poche frazioni di secondo. Questo intervento fornisce inerzia sintetica e regolazione primaria per i servizi di Fast Reserve. Registrando tempi di risposta inferiori a 1 secondo, rispetto all’ordine inviato dal gestore di rete, è possibile garantire un servizio ben più fluido ed efficiente.
Peak shaving e differimento degli investimenti di potenziamento cabine
Un’ulteriore applicazione operativa legata all’impiego dei sistemi BESS è il cosiddetto peak shaving, ovvero la rasatura dei picchi di domanda. Durante le ore di massima richiesta, i BESS erogano l’energia accumulata localmente, evitando che le linee di trasmissione e le stazioni di trasformazione vadano in saturazione.
Questo meccanismo riduce sostanzialmente il carico di picco sulle sottostazioni regionali, contenendo fino al 30% di sovraccarico sui trasformatori e consentendo ai distributori di rinviare o evitare complessi e costosi interventi di potenziamento delle infrastrutture di cavi sotterranei e delle cabine primarie.
Remunerazione finanziaria e modello del Capacity Market in Italia
La sostenibilità economica e la bancabilità delle installazioni di BESS stazionari, in Italia, si basano su un modello finanziario articolato.
Oltre al ricavo derivante dal mero arbitraggio energetico, che consiste nell’acquistare energia sul mercato del giorno prima, nelle ore a prezzo zonale basso, per poi rivenderla sul mercato del servizio di dispacciamento durante i picchi, le entrate principali sono garantite da schemi contrattuali ben strutturati.
Il Mercato della Capacità ricopre un ruolo centrale nel garantire la corretta remunerazione a chi produce energia e il nuovo sistema MACSE, acronimo di Mercato a Termine degli Stoccaggi, promosso da Terna e ARERA, è una leva che si sta dimostrando piuttosto efficace. Attraverso queste aste, gli operatori che realizzano impianti BESS si assicurano contratti a lungo termine, fino a un massimo di 15 anni, che riconoscono un premio fisso annuo per ogni MW di capacità reso disponibile alla rete. Ciò stimola considerevolmente lo sviluppo della tecnologia nel nostro Paese.
Un quadro normativo così articolato mira a stabilizzare i flussi di cassa degli investitori, contribuendo ad accelerare la diffusione dei BESS in Italia, un Paese nel quale i sistemi di stoccaggio di questo tipo possono porsi come elemento imprescindibile delle linee di produzione energetica, specie in tutte quelle aree fortemente soleggiate che punteggiano la penisola.
