e-Mobility - una risorsa per la smart grid

Esistono diversi tipi di veicoli elettrici plug-in (PEV), come i veicoli ibridi plug-in, che hanno anche un motore a combustione, e i veicoli elettrici puri. Con il giusto mix di produzione elettrica, i PEV possono ridurre drasticamente le emissioni di CO₂ rispetto alle auto con motore a combustione tradizionale, ma rappresentano ancora una percentuale molto piccola del parco autovetture totale, inferiore allo 0,1%. Tuttavia, le quote dei PEV sono aumentate negli ultimi anni [1]. In Norvegia, dove le politiche incoraggiano i consumatori ad acquistare PEV, i veicoli elettrici puri hanno rappresentato il 12,5% del numero totale di veicoli di nuova immatricolazione nel 2014 [2].

Dal punto di vista della rete elettrica, il numero crescente di PEV può rappresentare una sfida: le abitudini e gli orari quotidiani delle persone causeranno probabilmente picchi di domanda in determinate ore del giorno, che potrebbero portare a congestioni della rete elettrica o a tensioni inferiori al normale.

Ma i PEV non rappresentano semplicemente un carico aggiuntivo: potrebbero anche aggiungere flessibilità al sistema. I veicoli sono in genere parcheggiati per la maggior parte del tempo (in media più del 90% del tempo) e il tempo necessario per ricaricare le loro batterie è generalmente molto più breve del tempo in cui rimangono parcheggiati. Pertanto, la ricarica potrebbe essere facilmente spostata nel tempo senza avere un impatto negativo sull'utente. Inoltre, l'energia immagazzinata nelle batterie dei veicoli potrebbe essere restituita alla rete (il cosiddetto vehicle-to-grid, o V2G), ad esempio per coprire i picchi di domanda. Lo svantaggio del V2G è che crea un ulteriore ciclaggio delle batterie, il che significa anche un più rapido degrado, per cui gli utenti dovrebbero richiedere una forma di compensazione per l'usura della batteria che ne deriva. Tuttavia, ulteriori miglioramenti nella tecnologia delle batterie, ad esempio nuovi materiali (vedi l'ETH News: "Vetro per elettrodi di batterie""), renderebbe il V2G più interessante. Per sfruttare la flessibilità di ricarica dei PEV, è importante utilizzare soluzioni software e hardware adeguate per garantire il rispetto del comfort e della privacy dei conducenti.

Tendenze nella rete elettrica

Man mano che il nostro sistema energetico diventa sempre più dipendente dalle fonti di energia rinnovabili, cambiano anche i requisiti della rete elettrica. L'energia solare ed eolica è tipicamente non controllabile, decentralizzata e fluttuante. In Svizzera, la produzione di elettricità da fonti rinnovabili diverse dall'energia idroelettrica è aumentata del 40% dal 2011 al 2013 [3, 4]. Poiché la domanda e l'offerta di elettricità devono essere sempre uguali, questo aumento di elettricità rinnovabile comporta la necessità di risorse più flessibili per mantenere l'equilibrio energetico nella rete elettrica. I PEV potrebbero fornire uno stoccaggio a breve termine per compensare le fluttuazioni giornaliere, mentre altri tipi di stoccaggio sono necessari per periodi più lunghi, ad esempio per bilanciare le variazioni stagionali.

Un'altra tendenza è l'aumento dell'uso di tecnologie di comunicazione nella rete di distribuzione dell'elettricità, che in precedenza erano presenti soprattutto nella rete di trasmissione ad alta tensione. Questi tipi di reti con maggiori capacità di comunicazione e controllo sono chiamate "reti intelligenti". Le reti intelligenti utilizzano le tecnologie di comunicazione per creare una rete elettrica più sostenibile e affidabile, integrando meglio le risorse decentrate come i pannelli solari, le turbine eoliche e le batterie.

Pertanto, l'interazione tra PEV e reti intelligenti crea un'interdipendenza tra le reti di comunicazione, elettricità e trasporto. Ciò richiede un approccio olistico e interdisciplinare alla ricerca in questo settore.

Possibili usi della flessibilità di carica (e di scarica)

La flessibilità dei PEV può contribuire a ridurre i costi degli investimenti nella rete nel tempo, e quindi le bollette dell'elettricità, consentendo agli operatori di rete di rinviare gli investimenti nella rete. Ad esempio, gli operatori potrebbero aspettare a sostituire un trasformatore molto carico. La rete deve essere sufficientemente grande per far fronte alla situazione di carico peggiore. I PEV possono essere utilizzati per ridurre i picchi di carico o per assorbire l'eccessiva produzione di energia solare, mitigando così le situazioni di carico estreme e/o i problemi di tensione. Il nostro gruppo di ricerca sta attualmente studiando questo tema nell'ambito del progetto finanziato dall'UE pagina esternaPlanGrid EV.

Anche la regolazione della frequenza della rete potrebbe avvalersi della flessibilità fornita dai PEV. Questo servizio mantiene l'equilibrio tra domanda e offerta per mantenere la frequenza del sistema abbastanza vicina al valore nominale, ad esempio 50 Hz in Europa. Secondo i risultati del progetto pagina esternaTHELMA,che analizza l'impatto della mobilità elettrica in Svizzera, i PEV potrebbero fornire tra il 35% e il 73% delle riserve di regolazione necessarie entro il 2035.

Sebbene la crescente penetrazione dei PEV possa comportare sfide per la rete elettrica, i PEV possono anche essere utilizzati come una risorsa preziosa per la rete, ad esempio per fornire una regolazione della frequenza o per rinviare gli investimenti nella rete. Tuttavia, i sistemi che progettiamo per sfruttare la flessibilità di carica (e scarica) dei PEV devono essere accettabili per gli utenti dei PEV. Inoltre, sono necessarie politiche e normative adeguate per favorire la partecipazione di carichi flessibili, come i PEV, alle reti intelligenti.