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La maggior parte delle auto rimane parcheggiata per il 90-95% del tempo. Con il passaggio accelerato all'uso di veicoli elettrici (EV), le batterie dei veicoli elettrici offrono un enorme potenziale in termini di utilizzo della loro vasta capacità di accumulo collettivo come soluzione flessibile per supportare la rete, che può essere sottoposta a un carico di energia rinnovabile intermittente. La ricarica bidirezionale dei veicoli elettrici (V2X) si riferisce ai caricabatterie per veicoli elettrici che consentono non solo di caricare la batteria del veicolo, ma anche di prelevare l'energia dalla batteria dell'auto e di restituirla alla rete quando necessario.
I principali destinatari dell'energia di un veicolo elettrico sono due: la rete (V2G) e l'elettricità di una casa o di un edificio (V2H). La ricarica bidirezionale crea una maggiore sinergia tra il settore dei trasporti puliti e le fonti di energia rinnovabile, in quanto le batterie delle auto possono immagazzinare l'energia in eccesso creata da fonti rinnovabili variabili, come l'eolico e il solare, per poi fornire energia alla rete o alle abitazioni quando la domanda è alta o la produzione di energia è bassa. In questo modo si riducono le decurtazioni, si riduce la necessità di investire in infrastrutture di rete e si favorisce una maggiore integrazione delle energie rinnovabili. Inoltre, la ricarica V2H può fungere da fonte di energia di emergenza durante le interruzioni di corrente e V2G può fornire ai proprietari dei veicoli un guadagno extra attraverso l'arbitraggio dei prezzi dell'energia variabili nel tempo.
Problemi da risolvere
| Congestione della rete | Crescente consumo di energia | Generazione fluttuante di energie rinnovabili | Picchi irregolari nell'utilizzo dell'energia |
L'obiettivo principale della ricarica bidirezionale dei veicoli elettrici è quello di aumentare la flessibilità della rete. In questo modo, aumenta i potenziali flussi di entrate attraverso l'arbitraggio o la fornitura di servizi ausiliari e l'integrazione del solare fotovoltaico, nonché l'autosufficienza in caso di blackout elettrico, consentendo l'ottimizzazione delle microreti intelligenti. Inoltre, la soluzione consente di ottenere i vantaggi elencati di seguito. Mentre alcuni benefici possono essere raggiunti con un'implementazione di base della soluzione, la realizzazione dei potenziali benefici aggiuntivi dipende dalle funzioni implementate in un progetto specifico.
Migliorare l'efficienza dell'approvvigionamento energetico
Riduzione dei picchi di domanda energetica
Migliora la stabilità della rete
Riduzione dell'uso di fossili
Riduzione del consumo energetico negli edifici
Quota crescente di energie rinnovabili
Riduzione delle emissioni di gas serra
La ricarica bidirezionale consente di ricaricare i veicoli elettrici
La ricarica bidirezionale consente non solo di caricare ma anche di immagazzinare l'elettricità nella batteria dell'auto.
La ricarica bidirezionale permette di reimmettere l'energia in rete
Prodotti che gestiscono la domanda e l'offerta di energia
Con un controllo adeguato, è possibile garantire la flessibilità della rete.
Prodotti e servizi che consentono di utilizzare i veicoli elettrici come fonte di energia di riserva.
Prodotti e servizi che consentono di utilizzare la batteria dell'EV per bilanciare e controllare le frequenze
Prodotti che informano il cliente sui servizi
Servizi che consentono di pagare l'energia immessa nella rete.
I sistemi di propulsione elettrica plasmeranno e cambieranno in modo significativo il futuro della mobilità. Il nostro concetto di ottimizzazione V2G dimostra la ricarica bidirezionale per migliorare la stabilità della rete.
Le varianti della ricarica bidirezionale riguardano il passaggio dell'energia dal veicolo alla rete (V2G) o a un edificio o a un'abitazione (V2B o V2H).
La rete intelligente controlla la ricarica dei veicoli e restituisce l'elettricità alla rete. L'operatore del sistema di trasmissione può essere disposto ad acquistare elettricità dai clienti nei momenti di picco della domanda o a utilizzare la capacità delle batterie dei veicoli elettrici per servizi ausiliari come il bilanciamento e il controllo della frequenza.
Le città con un elevato profilo di generazione solare fotovoltaica (PV) traggono maggiori vantaggi dalla ricarica bidirezionale rispetto a quelle con un elevato profilo di generazione eolica, perché l'energia solare viene generata e immagazzinata durante il giorno e poi può essere distribuita di notte quando il veicolo è collegato alla rete. Altri fattori di supporto sono i prezzi dinamici dell'elettricità e i mercati competitivi dei servizi ausiliari. (IRENA, 2019)
Mobilità
Energia
A Barcellona è stata implementata una forma innovativa di ricarica Vehicle-to-X (V2X) per i veicoli elettrici. Questo può aumentare la penetrazione delle energie rinnovabili, l'accumulo di energia, la flessibilità della rete e facilitare l'ottimizzazione della gestione energetica.
Energia
Costruire
Il progetto Parker ha testato la validità di una flotta aziendale con servizi Vehicle to Grid (V2G) per supportare la rete elettrica e favorire una maggiore integrazione delle energie rinnovabili, guadagnando allo stesso tempo.
I veicoli forniscono energia supplementare all'edificio o alla casa. Questo non influisce direttamente sulle prestazioni della rete, ma fornisce piuttosto un'alimentazione di riserva. Può anche aiutare il proprietario del veicolo a evitare gli oneri della domanda o ad aumentare la quota di utilizzo dell'energia prodotta in loco dalla generazione distribuita.
In seguito al disastro di Fukushima, dal 2012 in Giappone è disponibile un V2H commerciale per fornire elettricità di emergenza in caso di interruzione di corrente. La diffusione sul mercato non è ancora stata raggiunta altrove.
Dato che le città generano sempre più energia rinnovabile per raggiungere i loro obiettivi di neutralità rispetto alle emissioni di anidride carbonica, la ricarica bidirezionale offre un sistema di accumulo di energia più economico per bilanciare e ottimizzare la rete. Tuttavia, affinché la ricarica bidirezionale abbia successo in una città, è necessario che ci siano regolamenti e politiche che supportino questa soluzione:
Poiché la tecnologia è nuova, le città possono promuovere un comportamento sostenibile costruendo l'infrastruttura su piccola scala (ad esempio la flotta comunale) con l'intenzione di sviluppare la soluzione a lungo termine. Inoltre, per sostenere la diffusione su larga scala della ricarica bidirezionale, le nuove stazioni di ricarica dovrebbero essere "intelligenti" e in grado di facilitare il servizio di rete descritto nella soluzione V2X.
Mappa degli stakeholder di un sistema di ricarica bidirezionale per veicoli elettrici (BABLE, 2021)
Secondo il Centro tedesco per la ricerca sull'energia solare e l'idrogeno (ZSW), all'inizio del 2019 erano presenti sulle strade del mondo 5,6 milioni di veicoli elettrici. Se la maggior parte delle autovetture vendute a partire dal 2040 fosse elettrica, entro il 2050 potrebbero circolare più di 1 miliardo di veicoli elettrici. Ciò significherebbe che entro la metà del secolo saranno disponibili circa 14 terawattora (TWh) di batterie di veicoli elettrici per fornire servizi di rete, rispetto ai 9 TWh previsti di capacità di batterie stazionarie. In genere i veicoli elettrici hanno bisogno di ricaricarsi solo per il 10% del tempo in cui rimangono inattivi e sono parcheggiati per il 95% del tempo, lasciando l'85% della loro vita per fornire, in teoria, servizi di flessibilità della rete(Mohammadi, 2019).
I punti di ricarica bidirezionali sono ancora una tecnologia nascente e sono pochissimi quelli presenti sul mercato. Pertanto, la struttura dei costi varia notevolmente e si prevede che cambierà con la maturazione della tecnologia.
I costi di un sistema di ricarica bidirezionale per veicoli elettrici sono dovuti ai costi dell'interfaccia, che sono da 3 a 5 volte superiori a quelli della ricarica intelligente unidirezionale. Inoltre, è necessario un nuovo hardware e le batterie potrebbero degradarsi più rapidamente.
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Introduzione di stazioni di ricarica bidirezionali, insieme a sistemi intelligenti di gestione del carico e della carica, per la mobilità elettrica presso la Baumwollspinnerei. In questo modo si trasforma un semplice consumatore di energia (il veicolo elettrico) in un potenziale sistema di accumulo di energia.
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L'interazione della gestione del carico per controllare la velocità di carica (e nel caso di veicoli elettrici bidirezionali - la direzione di carica) in relazione alle batterie di accumulo al fine di aumentare la stabilità della rete e migliorare l'uso delle fonti di energia rinnovabili in loco.
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A Barcellona è stata implementata una forma innovativa di ricarica Vehicle-to-X (V2X) per i veicoli elettrici. Questo può aumentare la penetrazione delle energie rinnovabili, l'accumulo di energia, la flessibilità della rete e facilitare l'ottimizzazione della gestione energetica.
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Costruire
Il progetto Parker ha testato la validità di una flotta aziendale con servizi Vehicle to Grid (V2G) per supportare la rete elettrica e favorire una maggiore integrazione delle energie rinnovabili, guadagnando allo stesso tempo.
L'attuale normativa UE sulle emissioni delle automobili è la più severa al mondo. Oltre a ulteriori restrizioni, le soglie non possono più essere raggiunte solo con le auto convenzionali. Una tecnologia alternativa, che riduce le emissioni locali, sono i veicoli elettrici.
Secondo la Direttiva sul rendimento energetico degli edifici (EPBD), gli edifici sono responsabili di circa il 40% del consumo energetico e del 36% delle emissioni di CO2 nell'UE.
La resilienza urbana è la capacità di un sistema urbano e di tutti i suoi componenti su scale temporali e spaziali di mantenere o tornare rapidamente alle funzioni desiderate di fronte a un disturbo.
Il coinvolgimento dei cittadini svolge un ruolo strumentale nel modo in cui vengono governati gli insediamenti umani. I processi decisionali vengono migliorati coinvolgendo le persone più interessate e intimamente legate alle sfide della società.
Le microgriglie stanno emergendo come una soluzione attraente e praticabile per le città, le utility e le aziende per soddisfare il fabbisogno energetico delle comunità sfruttando risorse più sostenibili, aumentando la resilienza, riducendo le emissioni e raggiungendo obiettivi politici o aziendali più ampi.