StorageEnergyAccumulo

Dell’Energia

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Accumulo Dell’Energia PROPOSTA

L’accumulo (o immagazzinamento, o storage) dell’energia ci permette di separare la generazione di energia dal suo con-sumo, sia nello spazio che nel tempo; questo allora può offri-re una valida flessibilità al sistema in varie scale temporali, da secondi ed ore fino a settimane e mesi. Fornendo una gamma di servizi di sistema e ancillari, l’accumulo rende possibile l’integrazione di quote più alte di rinnovabili variabili.

Questa flessibilità sarà di vitale importanza una volta che i sistemi elettrici saranno dominati dalle rinnovabili non programmabili, cioè quando la generazione non può essere dispacciata per corrispondere alla domanda (prevista). Ma perfino nel periodo di transizione, poiché noi integriamo sempre più rinnovabili nel sistema, l’accumulo di energia può aiutare il sistema a funzionare più sicuramente ed effi-cientemente, estendendo la durata degli asset esistenti, per esempio l’infrastruttura della rete.

L’accumulo dell’energia è anche importante per aiutare a decarbonizzare i settori del riscaldamento, raffresca-mento e del trasporto, per mezzo di accumuli termici, power-to-gas, e dispositivi di accumulo stazionari, che possono aiutare a supportare il dispiegamento della in-frastruttura di ricarica per i veicoli elettrici. Infine, l’ac-cumulo può abilitare i consumatori alla partecipazione nel mercato elettrico, generando, immagazzinando e vendendo elettricità rinnovabile.

Con il termine “accumulo di energia” ci si riferisce a di-versi gruppi di tecnologie che lavorano secondo diversi princìpi: meccanico (per esempio, pompaggio idroelet-trico, volani, aria compressa), chimico (per esempio, power-to-gas), elettrochimico (per esempio, le batte-rie), termico (per esempio, gli accumuli di acqua calda) ed elettrico (per esempio, i supercondensatori). Alcuni danno una risposta molto rapida, un’energia di bilancia-mento di corta durata (tipo i volani o i supercondensatori) mentre altre tecnologie forniscono una durata più lun-ga dell’immagazzinamento, nell’ ordine di tempo di ore, giorni o persino stagioni (come il pompaggio idroelettrico o l’accumulo di idrogeno).

Ogni tecnologia si adatta unicamente ad una particolare serie di applicazioni. Differenti tecnologie di accumulo possono essere combinate insieme per formare un siste-ma ibrido, che può essere più grande della somma delle sue parti. Le tecnologie di immagazzinamento sono incre-dibilmente diverse, capaci di fornire un grande numero di valide applicazioni a tutti i livelli della rete: questo le rende un elemento essenziale per sostenere la transizione verso un sistema energetico decarbonizzato.

ACCUMULO DELL’ENERGIA

Le tecnologie di accumulo sono incredibilmente diverse, capaci di fornire un grande numero di valide applicazioni a tutti i livelli della rete: questo le rende un elemento essenziale per sostenere la transizione verso un sistema energetico decarbonizzato.

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Accumulo Dell’Energia 5 SOLUZIONI POLITICHE10 FATTI

1. Limitare l’aumento medio globale della tem-peratura ben al di sotto dei 2°C in più dei livelli preindustriali richiederebbe che la capacità di immagazzinamento globale installata venisse rad-doppiata, aumentando da circa 160 GW nel 2015 fino a 380 GW nel 2040.

2. Attualmente, la capacità di accumulo globalmente installata è pari solo al 2% del totale della capacità di generazione di elettricità.

3. Dispiegare l’accumulo dell’energia può portare a significativi risparmi: in UK, si stima che i risparmi complessivi di sistema dovuti allo spiegamento degli accumuli possano toccare i 2 miliardi di £ all’anno entro il 2030, aumentando l‘efficienza degli asset esistenti della rete e rinviando gli inve-stimenti sulle infrastrutture.

4. L’energy storage riduce i costi di bilanciamento del sistema. il servizio Enhanced Frequency Response (UK) stima un risparmio fino a 200 milioni di £ in 4 anni, da quando la risposta extra-rapida riduce il volume dei servizi di Frequency Response, che deb-bono essere oggetto di contratto.

5. Attualmente, l’85 % del fabbisogno di riscaldamen-to e raffrescamento è soddisfatto dai combustibili fossili, così che l’immagazzinamento dell’energia termica gioca un ruolo importante nella decarboniz-zazione di quel settore.

6. Negli USA, dispiegare un ulteriore 35 GW di accumuli di energia porterebbe a delle riduzioni cumulative stimate in 3.666.200 tonnellate equivalenti di CO2 entro il 2025.

7. L’industria europea dell’accumulo di energia sta spe-rimentando un rapido sviluppo: il mercato è cresciuto del 50 % nel 2017.

8. L’immagazzinamento dell’energia fornisce pregiate applicazioni per la generazione, la trasmissione, la distribuzione e il consumo, fornendo flessibilità eco-nomica su differenti intervalli di tempo a tutti i livelli del sistema elettrico.

9. Il costo di molte tecnologie di accumulo sta rapi-damente diminuendo grazie agli avanzamenti nella ricerca & sviluppo ed alle economie di scala: il prezzo delle batterie è sceso da circa 1.000 $/kWh nel 2010 a 227 $/kWh in 2016.

10. La diminuzione dei costi varia a seconda della tec-nologia di storage, ma ci si aspetta che siano tra l’1% ed il 15% all’anno nei prossimi anni.

Fonti: Carbon Trust/Imperial College London. Delta-ee. Coomissione Europea, IFA,

McKinsey, National Gnd. Navigant Research

1. Definire meglio l’accumulo dell’energia nel quadro dei regolamenti UE. La definizione di accumulo dovrebbe riflettere tutti i tipi e tutte le applicazioni di accumulo di energia, non solo gli usi e le tecnologie tradizionali - come il pompaggio idroelettrico o le batterie -in maniera che anche quelle nuove possano svilupparsi. Il quadro legislativo dovrebbe considerare anche il sector coupling basato sulla conversione, ad esempio, dell’elettricità in calore, gas o combustibile.

2. Fare chiarezza sulle regole sotto le quali l’accumulo dell’energia può accedere ai mercati, in particola-re l’incapacità percepita degli operatori dei sistemi di trasmissione (TSO) e degli operatori dei sistemi di distribuzione (DSO) di possedere ed operare con l’accumulo di energia.

3. Eliminare addebiti doppi/immotivati in un approccio coordinato a livello europeo. Se e di quale entità l’accumulo debba alla fine contribuire ai costi di rete merita un dibattito dedicato a livello europeo, poiché esso di solito supporta il funzionamento sicuro ed efficiente della rete stessa.

4. Assicurare che le acquisizioni di tutti i servizi di energia e ancillari siano basati sul mercato, soggetti ad un’analisi costi-benefici (CBA). I servizi di sistema non sono tutti acquistati a condizioni di mercato in tutti gli Stati Membri UE, il che crea costi più alti per il consumatore e discrimina a svantaggio di tecnologie a cui non è consentita la fornitura di questi servizi, anche se i servizi verrebbero forniti più a buon mercato e più accuratamente.

5. Considerare di stabilire l’accumulo energetico come una classe di asset separata. L’accumulo di ener-gia potrebbe essere riconosciuto come il quarto elemento del sistema energetico (oltre alla generazione, al trasporto, (cioè trasmissione/distribuzione) e al consumo) Questo eviterebbe all’accumulo di energia di venire classificato come generazione o come consumo – o entrambi; eliminerebbe qualsiasi ambiguità che deriva da come il mercato è stato storicamente concepito, cioè da un sistema di energia centraliz-zato, dove ogni cosa veniva incasellata in una delle tre categorie. Si permetterebbe uno specifico quadro chiaro per l’accumulo di energia.

La generazione da solare fotovoltaico riduce le emissioni globali di CO2 di 200 – 300 milioni di tonnellate all’anno, equivalenti al totale di emissioni di gas serra della Francia.

Energy Storage

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Why is energy storage essential for the energy transition?

Transitioning to a low-carbon energy system is impossible without firm and flexible assets that enable synchroniza-tion between variable renewable energy sources (RES) generation and energy consumption. Storage is para-mount to providing flexibility services at all levels of the

Eva Chamizo Llatas President of the European Association for Storage of Energy

INDUSTRY LEADER

power grid, helping transmission and distribution grids function more effectively, and deferring potentially costly investments in cables and interconnections. In addition, storage can provide support during contingencies, reduc-ing the amount of energy non-supplied to customers.

Energy storage technologies are incredibly versatile. Short duration storage devices such as flywheels and batteries can respond to imbalances within milliseconds, while lon-ger duration devices like pumping hydro or hydrogen stor-age can provide weekly, monthly, or even seasonal storage. On islands and microgrids, storage together with variable RES is replacing high emitting diesel-powered generators.

What role can energy storage play in the decarbonization of the heating, cooling, and transport sectors?

Electricity is the most effective sector in terms of inte-grating RES. In 2015, over 29% of the electricity in the EU was produced using RES, and the target is to reach between 45-50% in 2030.

Through storage, it is possible to link the electricity sector to the heating and cooling sector, as well as to transport. Roughly 85% of heating demand is still met by fossil fuels, so the electrification of heating is a very effective way to decarbonize the heating sector. Moreover, thermal energy storage has an enormous potential to provide power sys-tem flexibility, particularly at longer time scales.

Regarding the transport sector, 94% of energy demand is met by fossil fuels. Storage could potentially support the

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Additionally, the lack of market-based procurement and the absence of long-term contracts for system services hampers investment security in the energy storage sector. From a research and innovation standpoint, there is a need to develop different storage services and applications, and to explore ways to combine and monetize these services.

How should energy market design evolve to value energy storage?

The market design must establish a level playing field for all energy storage technologies. First of all, we need a clear definition of energy storage in the regulatory frame-work. Secondly, we need to clarify the contribution of storage facilities providing efficient non-market services as additional grid elements. Finally, eliminating double charging and unwarranted fees and taxes will help ener-gy storage compete equally with other flexibility options in trading schemes and offer market balancing options. Putting the right market design in place is a matter of ur-gency, without which we will not achieve the energy stor-age deployments necessary to support the cost-effective integration of RES into the system.

What are the major challenges for the storage industry in Europe?

Since storage is a relatively new player in the energy sys-tem, the biggest challenge is the legal uncertainty about the role of storage in the system, since it is considered in some EU Member States as a generation or consump-tion asset depending on its operation mode. This leads to energy storage devices in some Member States being subject to double grid fees and charges.

And it is today undecided whether storage can be owned and operated by distribution and transmission system operators (DSOs, TSOs) for grid operation purposes (for any market service, property or management of storage devices by system devices is obviously out of question).

Eva Chamizo Llatas , President, EASE

roll-out of electric vehicle charging infrastructure, since it can help smooth out peaks and valleys in demand. Mean-while, in the long-term, power-to-gas storage is key to sup-port clean hydrogen powered vehicles.

Energy storage technologies are incredibly versatile.

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Accumulo Dell’Energia LEADER DELL’INDUSTRIA

Perché l’accumulo di energia è essenziale per la transizione energetica?

Il passaggio ad un sistema energetico a basso carbonio è impossibile senza asset fermi e flessibili che rendano pos-sibile la sincronizzazione tra la generazione da sorgenti rinnovabili (le RES, renewable energy sources) variabili ed il consumo di energia. L’accumulo è di primaria importan-za nel fornire servizi di flessibilità a tutti i livelli della rete

energetica, aiutando le reti di trasmissione e distribuzione a funzionare più efficacemente ed a differire investimenti potenzialmente costosi in cavi e interconnessioni. In aggiun-ta, l’accumulo può fornire supporto durante le contingenze, riducendo la quantità di energia non fornita ai consumatori. Le tecnologie di immagazzinamento dell’energia sono in-credibilmente versatili. Apparecchiature per accumulare a breve termine come volani e batterie possono rispondere agli sbilanciamenti entro un tempo di millisecondi, mentre apparecchiature a lungo termine, come il pompaggio idroe-lettrico o l’hydrogen storage possono garantire un accumulo settimanale, mensile o anche stagionale. Sulle isole e nelle microreti, l’accumulo insieme alle RES variabili sta sosti-tuendo i generatori diesel ad alte emissioni.

Quale ruolo può giocare l’accumulo dell’energia nella decarbonizzazione dei settori del riscaldamento, raffrescamento e trasporto?

L’elettricità è il settore più efficace nel quale integrare le RES. Nel 2015, più del 29% dell’elettricità UE è stata prodotta at-traverso le sorgenti rinnovabili, e l’obbiettivo è raggiungere il 45-50% entro il 2030.

Per mezzo dell’accumulo, è possibile collegare il settore dell’elettricità a quelli del riscaldamento e del raffresca-mento, così come a quello del trasporto. All’incirca l’85% del fabbisogno di riscaldamento viene soddisfatto dai combusti-bili fossili, così che l’elettrificazione del riscaldamento è una maniera molto efficace per decarbonizzare quel settore. Per di più l’accumulo di energia termica ha un enorme potenziale per dare flessibilità al sistema energetico, in particolare nel lungo termine.

Per quanto riguarda il settore del trasporto, il 94 % della do-manda di energia viene soddisfatta dai combustibili fossili. L’accumulo potrebbe potenzialmente supportare il lancio dell’infrastruttura di ricarica dei veicoli elettrici, poiché può aiutare a smussare picchi e avvallamenti nella domanda. Nel frattempo, nell’accumulo a lungo termine, il power-to-gas è la chiave per supportare i veicoli azionati ad idrogeno pulito.

In Europa quali sono le maggiori sfide per l’industria dello storage?

Poiché l’accumulo è un player relativamente nuovo nel siste-ma energetico, la sfida più grande è l’incertezza legale riguar-do al suo ruolo all’interno del sistema stesso, poiché in alcuni Stati Membri UE viene considerato come asset di generazione o di consumo a seconda del suo modo di funzionamento. Que-sto comporta che qualche Stato Membro alcuni apparecchi di storage siano soggetti a doppie tariffe e carichi di rete.

Inoltre, a tutt’oggi non si è deciso se l’accumulo possa essere posseduto e condotto dagli operatori del sistema di distribuzio-ne e di trasmissione (i DSO e i TSO) per il funzionamento della rete (per qualsiasi attività di mercato, la proprietà o la condu-zione delle apparecchiature di accumulo da parte loro è ovvia-mente fuori questione). In aggiunta, la mancanza di acquisizioni

a condizioni di mercato e l’assenza di contratti a lungo termine per i servizi di sistema ostacola la sicurezza degli investimenti nel settore dell’accumulo dell’energia. Dal punto di vista del-la ricerca e dell’innovazione, c’è una necessità di sviluppare differenti servizi ed applicazioni di accumulo, e di esplorare le maniere per combinare e monetizzare questi servizi.

Come dovrebbe evolvere la struttura del mercato dell’energia per valorizzare l’accumulo?

La struttura del mercato deve stabilire parità di condizioni per tutte le tecnologie di accumulo di energia. Prima di tutto, abbiamo bisogno di una chiara definizione di accumulo di energia all’interno del quadro regolatorio. Secondariamente, noi abbiamo bisogno di chiarire il contributo degli impianti di accumulo che forniscono servizi di efficienza non di mercato, come elementi addizionali della griglia. Infine, l’eliminazione di addebiti doppi e di tasse immotivate aiuterà l’accumulo di energia a gareggiare sullo stesso piano commerciale con altre opzioni di flessibilità ed offrirà al mercato opzioni di bilanciamento. Introdurre un giusto market design è una questione urgente, senza la quale noi non raggiungeremo quel dispiegamento di accumuli necessario per supportare l’integrazione economica delle RES all’interno del sistema.

Eva Chamizo LlatasPresidente dell’European Association for Storage of Energy

Le tecnologie di accumulo dell’energia sono incredibilmente versatili.

Eva Chamizo Llatas, Presidente, European Association for Storage of Energy

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MILESTONE FOR HYDROPOWER Portugal

Portugal has been focusing for years on the flexible and dy-namic potential of pumped storage to stabilize electricity grids. The new pumped storage plant Frades II has been in operation since 2017. Technology Group Voith supplied the plant with two variable speed pump turbines, two asyn-chronous motor-generators, the frequency converter and control systems as well as the hydraulic steel components. The key element of the plant is a special asynchronous

(Left) Saft Li-ion energy storage enables SEV to optimize wind power for the Faroe Islands at Husahagi. Source: SEV(Middle) Maxwell ultracapacitors with cell management and monitoring. Source: Maxwell Technologies (Right) Pumped storage power plant Frades II, north-west of Portugal. Source: Technology Group Voith

motor-generator that offers three advantages: 1) it can respond faster and more flexibly to the active and reac-tive demand from the power grid; 2) it provides additional stability in the event of a drop-in voltage; and 3) it enables a fast restart if a power outage occurs. Following the successful start-up, the biggest variable speed pumped storage plant in Europe is considered the flagship project for further plants worldwide.

Energy Storage

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SUCCESS STORIES

OPTIMIZING WIND POWER UCAPS FIRMING’ PV ENERGYFaroe Islands USA

SEV, the Faroe Islands utility, has commissioned Eu-rope’s first fully commercial Li-ion energy storage sys-tem (ESS) operating in combination with a wind farm. Saft’s 2.3 MW containerized solution is helping to main-tain grid stability so that the islanders can capture the full potential of their 12 MW Húsahagi wind farm. The ESS provides ramp control to smooth out sharp in-creases and decreases in power, as well as frequency response and voltage control services. The ESS also minimizes curtailment during periods of high wind and low consumption, as excess wind energy that cannot be injected into the grid is stored in the batteries.

Ultracapacitor technology projects from Maxwell Technol-ogies such as the “Palisade project” installed in early 2017 in California, enables the renewable power to be stabilized or to “firm” the output power. Therefore utilities will be able to reduce or delay building additional standby power or regulation generated from other sources.

With an optimum sizing of an ultracapacitor energy stor-age for solar smoothing a power rating of 20% or more of the PV rated power and a reserve capacity can be achieved, while the maximum discharge time under full load can be 100 seconds or more.

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Accumulo Dell’Energia STORIE DI SUCCESSO

OTTIMIZZARE L’ENERGIA EOLICAIsole Fær Øer

UNA PIETRA MILIARE PER L’ENERGIA IDRAULICAPortogallo

GLI ULTRACONDENSATORI STABILIZZANO IL PVUSA

SEV, il servizio pubblico delle Isole Fær Øer ha commissionato il primo sistema di accumulo energetico a ioni di litio comple-tamente commerciale in Europa, che opera in combinazione con parco eolico. La soluzione con container da 2,3 MW di Saft sta aiutando a mantenere la stabilità della rete così che gli isolani possano “catturare” il pieno potenziale del loro parco eolico da 12 MW ad Hùsahagi. Il sistema di accumulo tiene sot-to controllo, smorzandoli, i rapidi aumenti e diminuzioni di po-tenza (ramp), e fornisce anche servizi di Frequency Response e di controllo del voltaggio. Il sistema di accumulo minimizza anche i distacchi durante i periodi di forte vento e basso consu-mo, poiché l’energia in eccesso del vento, che non può essere introdotta nella rete, viene immagazzinata nelle batterie.

Da anni il Portogallo si concentra sul potenziale flessibile e dinamico del pompaggio idroelettrico per stabilizzare le reti elettriche. Il nuovo impianto di accumulo a Frades è in funzione sin dal 2017. La compagnia tecnologica Voith ha fornito all’impianto due turbine con pompa a velocità variabile, due generatori con motore asincrono, il con-vertitore di frequenza ed i sistemi di controllo, così come componenti idraulici in acciaio. L‘elemento chiave dell’im-pianto è uno speciale motore-generatore asincrono che

offre tre vantaggi: 1) può rispondere più rapidamente e in modo flessibile alla domanda attiva e reattiva dalla rete energetica; 2) fornisce stabilità addizionale nell’even-tualità di una caduta della tensione; e 3) rende possibile un rapido riavvio in caso di interruzione della corrente. In seguito all’avvio avvenuto con successo, il più grande impianto di accumulo a pompaggio a velocità variabile in Europa è considerato il progetto bandiera per ulteriori impianti nel mondo.

La tecnologia degli ultracondesatori di Maxwell Techno-logies, come per esempio il “Progetto Palisade” installato all’inizio del 2017 in California, permette alla energia rin-novabile di venire stabilizzata, o di “consolidare” la poten-za in uscita. Pertanto, le utility saranno in grado di ridurre o rimandare gli investimenti per l’installazione di gene-razione da altre fonti in standby o per la regolazione. Con il corretto dimensionamento di un sistema di accumulo con ultracondensatore, è possibile avere, oltre a capacità di riserva, una potenza nominale pari o superiore al 20% della potenza nominale dell’impianto fotovoltaico, mentre il tempo massimo di scarica a pieno carico può raggiun-gere 100 s o più.

(A sinistra) L’impianto di accumulo a ioni litio di Saft ottimizza l’energia eolica nelle Isole Fær Øer ad Hùsahagi Fonte: SEV(Al centro) Gli ultracondensatori Maxwell con comando e monitoraggio a cella. Fonte: Maxwell Technologies(A destra) L’impianto di energia di accumulo di energia a pompaggio Frades II, nel nord-est del Portogallo. Fonte: Gruppo tecnologico Voith.