Ricarica bidirezionale per veicoli elettrici

Descrizione

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

Contesto cittadino

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:

• Affinché la tecnologia V2G sia abbastanza allettante da essere diffusa su larga scala, i proprietari di veicoli elettrici devono essere in grado di "impilare" i flussi di reddito derivanti dai servizi di flessibilità offerti dalla batteria dell'auto. Un progetto pilota danese ha rilevato flussi di reddito pari a una media di 1860 euro all'anno(Andersen, 2021).
• È inoltre necessario che in città ci sia un alto livello di diffusione di veicoli elettrici con le stesse capacità V2X per consentire l'aggregazione delle batterie dei veicoli per creare una sorta di centrale elettrica virtuale.
• Le stazioni di ricarica e le reti di distribuzione dei veicoli elettrici devono essere interoperabili per evitare il vendor lock-in e consentire una connettività conveniente tra i veicoli elettrici e le diverse infrastrutture di ricarica.
• Alcuni studi hanno inoltre dimostrato che i sistemi elettrici basati sull'energia solare traggono i maggiori benefici dalla ricarica bidirezionale.

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.

Fattori di supporto

1. Elevata diffusione dei veicoli elettrici in modo da poterli aggregare.
2. Regolamentazione che consenta segnali di prezzo per ottimizzare la carica e la scarica
3. Interoperabilità tra i veicoli elettrici, le stazioni di ricarica e le reti di distribuzione.

Iniziative del governo

• Nel Regno Unito, solo i punti di ricarica domestici che utilizzano una tecnologia intelligente possono beneficiare dei finanziamenti governativi nell'ambito dell'Electric Vehicle Homecharge Scheme ( IRENA, 2019).
• Il Pacchetto Energia Pulita dell'UE elimina le tariffe di "doppia ricarica" per il prelievo e l'immissione di energia nella rete ( IRENA, 2019).

Mappatura degli stakeholder

Mappa degli stakeholder di un sistema di ricarica bidirezionale per veicoli elettrici (BABLE, 2021)

Potenziale di mercato

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).

Struttura dei costi

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.

Dati e standard

• Le norme internazionali per standardizzare la tecnologia di ricarica V2X includono IEC 63110 e IEC 61850 (IRENA, 2019).
• Una versione aggiornata dello standard ISO 15118 - 2, che riguarda la comunicazione tra i veicoli elettrici e una stazione di ricarica, dovrebbe essere rilasciata in Europa nel 2021 (ISO 15118-20). Ciò consentirà la funzionalità "Plug & Charge". (IRENA, 2019)