La domanda di elettricità sta entrando in un nuovo periodo di crescita.
I grandi data center, i veicoli elettrici, la ricarica ad alta-potenza e l'elettrificazione industriale stanno aggiungendo nuovi carichi sostanziali ai sistemi di alimentazione. La sfida non è solo quanta elettricità sarà necessaria, ma anchedove e quando apparirà tale richiesta.
Un nuovo data center, una linea di produzione industriale o un hub di ricarica possono creare un grande carico in un unico luogo. Le sottostazioni locali, i trasformatori e le reti di distribuzione potrebbero non essere stati progettati per questo livello di domanda.
L’espansione della rete tradizionale rimane essenziale, ma nuove linee di trasmissione, sottostazioni e aggiornamenti delle connessioni possono richiedere investimenti, pianificazione, autorizzazioni e tempi di costruzione significativi. L’energia distribuita non può sostituire la rete, ma può aiutare le imprese e le reti locali a gestire la domanda mentre le infrastrutture più grandi riescono a recuperare terreno.
La crescente domanda di energia locale sta superando l’espansione della rete
I grandi data center, i veicoli elettrici e l’elettrificazione industriale stanno creando una domanda di energia locale sempre più concentrata. Le stazioni di ricarica-veloce, gli ampliamenti di fabbriche e i data center possono rapidamente spingere i trasformatori e le connessioni alla rete quasi ai limiti. Tuttavia, le nuove sottostazioni, le linee di trasmissione e gli aggiornamenti dei collegamenti spesso richiedono anni di pianificazione, approvazione e costruzione. La sfida quindi non è solo generare più elettricità, ma anche far corrispondere la domanda, la capacità della rete e i tempi. I sistemi energetici distribuiti possono aiutare a ridurre questo divario.
Cosa comprende un sistema energetico distribuito locale?
L’energia distribuita funziona meglio come sistema integrato piuttosto che come insieme di dispositivi indipendenti.
Un tipico sistema commerciale o industriale può includere i seguenti componenti.
1. Solare sul tetto
Gli impianti fotovoltaici sui tetti producono elettricità vicino a dove viene consumata.
Per fabbriche, magazzini, edifici commerciali e strutture dati con spazio adeguato sul tetto, l'energia solare in loco può ridurre le importazioni di elettricità durante il giorno e la quantità di energia che deve passare attraverso la rete locale.
Tuttavia, la produzione solare dipende dal tempo e dall'ora del giorno. Potrebbe non corrispondere esattamente al profilo della domanda del sito, quindi l'energia solare da sola non può risolvere completamente i problemi di-capacità di connessione o di-carico di picco.
Il suo valore aumenta quando è coordinato con lo stoccaggio e i carichi flessibili.
2. Stoccaggio energetico commerciale e industriale
Lo stoccaggio in batteria separa il momento della generazione dal momento del consumo.
Può caricarsi quando la produzione solare è elevata o la domanda di rete è relativamente bassa, quindi scaricarsi quando il sito si avvicina al limite di potenza o i prezzi dell’elettricità aumentano.
Per gli utenti commerciali e industriali, lo storage può supportare:
Rasatura di punta
Spostamento energetico
Autoconsumo solare-
Alimentazione di riserva
Ricarica-supporto del carico
Gestione della-qualità energetica
Ridotto stress di breve durata-su trasformatori e alimentatori
Ciò si collega direttamente alla discussione precedente in"Perché lo stoccaggio dell'energia sta diventando un'infrastruttura essenziale e non un'attrezzatura opzionale."
Lo stoccaggio sta diventando un’infrastruttura perché fornisce al sistema energetico locale qualcosa che la sola generazione solare non può fornire:controllo su quando viene utilizzata l'elettricità.
3. Carichi controllabili
Non tutti i carichi elettrici devono funzionare a piena potenza in un momento prestabilito.
Alcuni processi industriali, sistemi HVAC, riscaldamento dell'acqua, apparecchiature di refrigerazione, pompe e carichi di carica possono essere regolati entro limiti operativi accettabili.
Un carico controllabile non consuma necessariamente meno energia. Invece, parte del consumo viene spostato lontano dai periodi in cui la rete o il sito sono sotto pressione.
Gli esempi includono:
Riduzione temporanea delle apparecchiature non-critiche
Avvio scaglionato-di motori di grandi dimensioni
Regolazione della richiesta di raffreddamento entro un intervallo di temperatura accettabile
Ritardare le sessioni di ricarica selezionate
Pianificazione della produzione-ad alta intensità energetica durante i periodi di-domanda inferiore
Questo tipo di flessibilità della domanda è spesso meno costoso che costruire una capacità di generazione e di rete sufficiente per ogni possibile picco.
4. Impianti di ricarica per veicoli elettrici
L'infrastruttura di ricarica dovrebbe essere trattata come parte del sistema energetico del sito, non come un carico isolato.
La ricarica incontrollata consente a ogni veicolo di assorbire la massima potenza ogni volta che è collegato. Ciò può produrre un picco molto superiore alla normale domanda del sito.
La ricarica intelligente può invece allocare la potenza in base a:
Orario di partenza del veicolo
Stato di carica della batteria
Priorità del caricatore
Energia solare disponibile
Capacità di stoccaggio della batteria
Limiti di connessione al sito
Prezzi dell'elettricità
Per un deposito di flotte o una stazione di ricarica per autocarri pesanti-, questo coordinamento può ridurre in modo significativo la potenza massima prelevata dalla rete.
La ricarica bidirezionale può creare ulteriore flessibilità nelle applicazioni adatte. Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti sottolinea che i veicoli elettrici possono potenzialmente fornire energia agli edifici o alla rete attraverso i sistemi da veicolo a{{2} edificio e da veicolo a- rete, integrando l'energia solare e altre risorse distribuite.
5. Gestione energetica degli SGA
Il sistema di gestione dell’energia è ciò che trasforma le singole apparecchiature in un sistema energetico locale coordinato.
Un EMS monitora la generazione, il consumo, i prezzi dell’elettricità, lo stato della batteria, la domanda del caricabatterie e i limiti della rete. Decide quindi quando ciascuna risorsa controllabile dovrebbe operare.
Un sistema di gestione ambientale pratico può coordinare:
Generazione solare sul tetto
Carica e scarica della batteria
Importazioni ed esportazioni della rete
Carichi di produzione
Carichi edilizi
Caricabatterie per veicoli elettrici
Riserve di carica-di backup
Tariffe elettriche in base al tempo-di-utilizzo
Senza un controllo coordinato, l’energia solare, l’accumulo e i caricabatterie potrebbero funzionare l’uno contro l’altro. Ad esempio, la batteria potrebbe caricarsi dalla rete durante un periodo di punta mentre anche i veicoli sono in carica.
Un sistema di gestione ambientale efficace previene questi conflitti e gestisce il sito secondo priorità chiare.
6. Interazione con la griglia
Un sistema energetico distribuito normalmente rimane connesso alla rete elettrica più ampia.
L’obiettivo non è quello di operare in modo indipendente in ogni momento. L’obiettivo è interagire con la rete in modo più intelligente.
A seconda delle normative locali e delle condizioni tecniche, il sistema può:
Limita le importazioni massime della griglia
Evitare eccessive esportazioni solari
Rispondere ai segnali della domanda dei servizi pubblici
Fornire la risposta alla domanda
Mantenere la capacità di backup
Partecipa ai programmi di supporto della rete-
Funziona temporaneamente come microrete durante un'interruzione
Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti descrive le centrali elettriche virtuali come gruppi coordinati di risorse come l'energia solare sui tetti, le batterie dietro-il-contatore, i veicoli elettrici, i caricabatterie, gli edifici intelligenti e i carichi commerciali e industriali flessibili. Se aggregate e controllate, queste risorse possono aiutare a bilanciare l’offerta e la domanda di elettricità e fornire servizi simili alle risorse energetiche convenzionali.
Come l'energia distribuita riduce la pressione
Il vantaggio più grande dell’energia distribuita non è la creazione di nuova elettricità illimitata. Permette infatti di utilizzare in modo più efficace la capacità di generazione e di rete esistente.
Un sistema coordinato può ridurre la pressione in diversi modi:
- Genera localmente:L'energia solare sul tetto riduce parte della domanda di rete diurna del sito.
- Muovi l'energia nel tempo:Addebiti per lo spazio di archiviazione durante i periodi di-domanda inferiore e scarichi durante i picchi.
- Controllo quando i carichi funzionano:Attrezzature flessibili e ricarica intelligente evitano richieste simultanee inutili.
- Limita i picchi del sito:Il controllo EMS mantiene la struttura entro un limite di importazione-di rete concordato.
- Ridurre lo stress da esportazione:Lo stoccaggio e il controllo del carico assorbono una maggiore-produzione solare in loco.
- Supportare la resilienza:Le batterie possono mantenere carichi critici durante brevi interruzioni.
- Coordinarsi con la griglia:I siti possono rispondere a segnali esterni invece di operare come consumatori passivi.
Queste misure possono aiutare a rinviare alcuni aggiornamenti locali, migliorare l’economia del progetto o consentire la connessione di nuovi carichi entro i limiti esistenti.
Tuttavia, il risultato dipende fortemente dalla progettazione del sistema. Una batteria sottodimensionata, un programma di ricarica mal pianificato o una strategia di controllo debole possono fornire scarsi vantaggi pratici.
Un semplice esempio
Consideriamo un sito industriale con una connessione alla rete massima di 2 MW.
Il suo carico di produzione normale è di 1,4 MW. L’azienda installa quindi diversi caricabatterie veloci che potrebbero aggiungere altro 1 MW se funzionassero simultaneamente.
Senza controllo, la domanda totale potrebbe raggiungere i 2,4 MW, superando il limite di connessione.
Un sistema energetico locale potrebbe rispondere:
Fornitura di parte del carico diurno dall'energia solare sul tetto
Utilizzo della batteria durante il picco di ricarica
Ridurre temporaneamente la potenza del caricabatterie
Ricarica dei veicoli sconcertante
Spostamento di carichi non-critici selezionati
Mantenere le importazioni totali di rete al di sotto dei 2 MW attraverso il controllo EMS
Il sistema non ha eliminato la necessità di elettricità. Ha impedito che tutta la domanda raggiungesse la rete nello stesso momento.
Conclusione
L’aumento della domanda di elettricità non sta solo aumentando la quantità di energia di cui il mondo ha bisogno. Sta inoltre creando nuova pressione in siti specifici e in regioni specifiche.
I data center richiedono alimentatori grandi e stabili. L’elettrificazione industriale aggiunge nuovi carichi produttivi. I veicoli elettrici e i caricabatterie ad alta-potenza creano picchi concentrati. Nel frattempo, l’espansione della rete tradizionale può richiedere più tempo di quanto molti progetti commerciali siano disposti o possano aspettare.
Un sistema energetico locale costruito attorno allo stoccaggio solare, commerciale e industriale sui tetti, ai carichi controllabili, alla ricarica intelligente, al controllo EMS e all’interazione con la rete può aiutare a colmare parte di questo divario.
Il suo scopo non è quello di sostituire la rete elettrica. Lo scopo è rendere il sito più flessibile, prevedibile e più facile da servire per la rete.
Come discusso in"Perché lo stoccaggio dell’energia sta diventando un’infrastruttura essenziale e non un’attrezzatura opzionale"lo storage è fondamentale per questa transizione. Ma lo stoccaggio offre il suo massimo valore quando è combinato con la generazione locale, il controllo intelligente del carico e l’interazione coordinata con la rete.
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