Di Jeremy Cook
La maggior parte dei discorsi sulla transizione dalla produzione di energia da combustibili fossili alla produzione solare ed eolica propendono per la sostituzione delle centrali elettriche esistenti con centrali basate sulle energie rinnovabili. Tuttavia, la natura modulare della generazione rinnovabile e le nuove alternative per i sistemi di accumulo dell'energia implicano l'esistenza di un'altra opzione: le centrali elettriche virtuali o VPP (Virtual Power Plant).
Cos'è una centrale elettrica virtuale?
Il concetto di centrale elettrica virtuale aggrega le risorse energetiche distribuite (DER) per fungere da fonte di energia coordinata, integrando o addirittura sostituendo la tradizionale generazione centralizzata. La produzione solare ed eolica da generatori residenziali e commerciali può diventare il fornitore di energia primaria o supplementare per una rete di utenti.
Tradizionalmente, l'energia elettrica viene fornita alle case e alle aziende da centrali elettriche centralizzate tramite la distribuzione attraverso la rete elettrica. Sebbene il percorso sia piuttosto lungo e complesso, alla fin fine si tratta di una distribuzione dalla centrale all'utente. L'emergente tecnologia delle reti intelligenti e la relativa infrastruttura, che includono anche le apparecchiature di misurazione bidirezionali, permettono ai consumatori di rivendere l'energia alla rete, alleggerendo il carico per i produttori di energia dedicati e ottenendo dei guadagli sotto forma di sconti. I consumatori possono anche accumulare energia per acquistarla e rivenderla quando risulta più conveniente. Nella remota isola di Eigg in Scozia, i sistemi di reti intelligenti VPP sono già in uso con case e aziende che ne coordinano l'utilizzo per evitare sovraccarichi alla rete.
Perché abbiamo bisogno di centrali elettriche virtuali?
Se prendiamo in considerazione l'energia solare domestica e le batterie per l'accumulo, il nostro proposito ideale sarebbe raggiungere la totale indipendenza energetica e l'assenza di costi sulla bolletta energetica mensile. In casi estremi, potremmo immaginare di riuscire a scollegarci completamente dalla rete elettrica, per vivere in modo totalmente autonomo sfruttando solo i raggi del sole.
I costi di una tale configurazione indipendente dalla rete elettrica potrebbero essere estremamente elevati e, in caso di guasto, sarebbe necessario eseguire tutte le necessarie riparazioni prima di poter ripristinare l'alimentazione. Dal punto di vista dell'utente, le centrali elettriche virtuali offrono la maggior parte dei vantaggi personali della configurazione indipendente dalla rete a un prezzo potenzialmente molto più basso, oltre a garantire la corrente di backup della rete in caso di necessità. Le centrali elettriche virtuali presentano inoltre numerosi vantaggi a livello sociale rispetto a un impianto centralizzato alimentato a combustibile fossile o anche rispetto a un impianto a energia solare.
Si consideri la modularità del concetto di centrale elettrica virtuale e il fatto che la generazione può avvenire vicino al luogo di consumo. Nel modello di rete tradizionale, se si verifica un problema nella trasmissione della corrente in un'area, questo può facilmente influenzare un'altra località geografica. Il concetto di centrale elettrica virtuale offre opzioni più localizzate per reinstradare la corrente e mantenere attiva la distribuzione e potrebbe anche comportare minori perdite durante la trasmissione, poiché l'energia viene generalmente consumata più vicino al luogo di produzione.
A livello personale, se il proprio impianto non funziona correttamente, la rete e altre risorse energetiche distribuite (DER) possono fornire corrente di backup, consentendo una fornitura energetica estremamente affidabile.
Le centrali elettriche fisiche (a carbone, solari, nucleari o di altro tipo) occupano terreni che potrebbero altrimenti essere utilizzati per foreste gestite, fattorie e parchi. Al contrario, le centrali elettriche virtuali sfruttano per i pannelli solari lo spazio sui tetti, che altrimenti rimarrebbe inutilizzato. Gli impianti solari possono anche essere installati su aree di parcheggio esistenti, creando il duplice vantaggio della produzione di energia e dello spazio ombreggiato in cui parcheggiare le automobili. L'aggiunta di sistemi di accumulo di energia per veicoli elettrici e la ricarica in tale contesto ottimizzano ulteriormente lo scenario rappresentato dal parcheggio con la risorsa energetica distribuita integrata.
Il concetto di centrale elettrica virtuale può sostituire le centrali elettriche di picco, che vengono attivate quando i carichi della rete sono superiori al normale. Queste centrali elettriche di picco sono generalmente costose e inefficienti da gestire rispetto alla produzione di corrente dettata da un carico di base costante. Lo stoccaggio distribuito tramite batterie è una risposta per livellare questi picchi di domanda energetica, oltre all'utilizzo di tutta l'energia distribuita disponibile. Una tecnica un po' meno ovvia, ma importante, consiste in una riduzione automatizzata del consumo di energia.
Ad esempio, il programma EnergyWise di Duke Energy permette di spegnere gli impianti di riscaldamento dell'acqua, le pompe delle piscine e i sistemi HVAC quando i carichi energetici complessivi richiesti sono particolarmente elevati in cambio di un piccolo credito in bolletta. Sebbene il risparmio economico sia in genere ridotto, il funzionamento del sistema è praticamente impercettibile. Questo metodo potrebbe anche essere considerato una forma di accumulo di energia, poiché l'acqua già riscaldata è comunque disponibile per l'uso e la temperatura di una casa rimane (praticamente) invariata per un bel po' di tempo anche senza il funzionamento dell'impianto HVAC.
Centrali elettriche virtuali: il coordinamento delle risorse
In uno scenario in cui sono presenti delle centrali elettriche virtuali, si consideri che il coordinamento tra le fonti energetiche è necessario anche a un livello molto basso, fino a garantire che le frequenze delle linee corrispondano correttamente. Sono inoltre necessarie la trasmissione a lungo raggio e la manutenzione complessiva della rete, che vanno oltre la portata dei singoli proprietari di case.
L'efficienza sarà fondamentale affinché questo futuro concetto di centrale elettrica virtuale funzioni bene, sfruttando potenzialmente i transistor SiC, i sensori di corrente e la comunicazione su linee elettriche per mantenere il coordinamento tra tutte le parti. Considerate le future necessità, si può affermare con certezza che i gestori elettrici non scompariranno molto presto, ma potrebbero semplicemente assumere una forma diversa nei prossimi decenni.
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