Microgriglie intelligenti

Descrizione

Le microgrid sono versioni su scala più piccola di un sistema elettrico centralizzato locale, ovvero una macrogrid, e sono dotate di funzionalità di controllo che consentono loro di operare in tandem con la macrogrid locale o in modo autonomo. Le microgrid esistono da decenni e alimentano siti industriali, basi militari, campus e strutture critiche come gli ospedali, utilizzando principalmente generatori a combustibile fossile e motori alternativi. Tuttavia, molte città sono ora interessate ai sistemi di microgrid che possono integrare meglio le risorse di generazione rinnovabile e i vari carichi energetici, servire più utenti e/o rispondere alle esigenze ambientali o di emergenza.

Le microgrid possono apportare diversi benefici all'ambiente, agli operatori delle utility e ai clienti; benefici che sono particolarmente importanti per le città che si sforzano di creare comunità intelligenti, sicure e vivibili con economie fiorenti. Considerando le priorità e le sfide locali, i comuni hanno tre buoni motivi per puntare sulle microgrid:

1. Le microgrid contribuiscono a ridurre le emissioni di gas serra e aiutano le città a raggiungere i loro obiettivi climatici grazie a:
   • favorendo l'integrazione e l'aggregazione delle fonti di energia rinnovabile, grazie alla loro capacità di bilanciare la produzione e l'utilizzo dell'energia all'interno della microgrid attraverso la generazione e l'accumulo distribuiti e controllabili (ad esempio, cogenerazione, accumulo termico o celle a combustibile).
   • Sfruttare l'energia che altrimenti andrebbe sprecata (ad esempio le perdite di trasmissione dell'elettricità o il calore residuo della produzione di energia), grazie alla vicinanza tra il luogo in cui l'energia viene generata e quello in cui è necessaria.
2. Le microgriglie possono rafforzare e aumentare la resilienza della rete centrale attraverso:
   • Aumentando l'affidabilità e l'efficienza dell'intero sistema, in quanto aiutano a ridurre o a gestire la domanda di energia alleviando la congestione della rete, grazie alla loro capacità di isolare e gestire autonomamente la domanda di energia locale.
   • Riducono la vulnerabilità della rete, affrontando le interruzioni di corrente imminenti e proteggendo da potenziali attacchi informatici alle infrastrutture energetiche.
   • Sostenere il servizio energetico durante le emergenze o i disastri naturali, soprattutto per i servizi pubblici critici, e aiutare la macrogrid a riprendersi dalle interruzioni del sistema.
3. Le microgrid possono servire meglio la comunità e migliorare l'economia locale grazie a:
   • Mantenendo sotto controllo le tariffe elettriche grazie a una gestione della rete più efficiente ed economica, a un maggiore utilizzo della preziosa energia sprecata e/o alla riduzione degli investimenti in capacità energetica aggiuntiva o in infrastrutture di trasmissione.
   • Favorendo la competitività dei comuni, che possono offrire bassi costi energetici ed elevati livelli di affidabilità in grado di attrarre nuove imprese e posti di lavoro, in particolare industrie molto sensibili alle interruzioni di corrente (ad esempio centri dati, strutture di ricerca, ecc.).
   • Garantire l'affidabilità dell'energia elettrica per le comunità isolate o difficili da servire, fornendo energia pulita, affidabile e resiliente in modo economico.
   • Costituire un modo ideale per integrare le risorse rinnovabili a livello di comunità e consentire la partecipazione dei clienti all'impresa elettrica.

Problemi da risolvere

Modello di valore

Modello di valore per un sistema di reti intelligenti (BABLE, 2021)

Contesto cittadino

Le amministrazioni locali possono svolgere un ruolo chiave nel sostenere l'implementazione di microgrid comunitarie nelle reti elettriche esistenti per raggiungere gli obiettivi specifici della città. Si tratta di un compito complesso che richiede cambiamenti istituzionali e aggiornamenti normativi. Tuttavia, i fornitori e gli sviluppatori di microgrid rispondono ai segnali del mercato e le politiche locali possono creare chiarezza, comunicare i livelli di priorità e ridurre le barriere all'ingresso. Inoltre, le amministrazioni locali possono coinvolgere gli stakeholder e i cittadini in merito alle esigenze e alle opportunità e persino diventare clienti delle microgrid in iniziative specifiche guidate dal comune, come ad esempio il villaggio tedesco di Feldheim che sostiene di essere l'unico villaggio indipendente dalla rete elettrica nel mondo sviluppato con il 100% di risorse rinnovabili. Alcuni fattori chiave per garantire la diffusione delle microgrid comunitarie sono i seguenti:

• Definire l'ambiente politico creando il giusto mix di strumenti politici e incentivi per rimuovere tutte le barriere normative e amministrative. Oltre ai tradizionali incentivi per le risorse energetiche distribuite, come le tariffe di alimentazione o gli schemi di misurazione netta, altre alternative efficaci includono l'esenzione dalle tasse di autorizzazione per accelerare i processi o la concessione di incentivi zonali ai progetti che includono caratteristiche di microgrid, come l'accumulo di energia, la generazione di energia rinnovabile o la gestione intelligente. Allo stesso modo, è necessario aggiornare le normative che impediscono l'accumulo di energia in loco o che precludono la proprietà delle strutture di accumulo da parte delle utility.
• Infrastrutture tecnologiche che consentano lo sviluppo futuro delle microgrid, come la distribuzione di contatori intelligenti o la copertura delle infrastrutture di connettività.
• Coinvolgimento e motivazione della comunità per aumentare il valore sociale dell'implementazione e del funzionamento della microgrid all'interno della comunità e, di conseguenza, aumentare l'accettazione sociale.
• L'atteggiamento e il livello di attività delle utility locali influenzano notevolmente lo sviluppo delle microgriglie comunitarie. Storicamente, la resistenza dei gestori di servizi pubblici ha ostacolato l'installazione di microgriglie comunitarie, ma di recente alcuni gestori di servizi pubblici stanno portando avanti questi progetti in modo proattivo. La CE sta spingendo le aziende di servizi pubblici ad aumentare il livello di attività nello sviluppo di infrastrutture elettriche non tradizionali, il che potrebbe migliorare le condizioni per lo sviluppo di microgrid comunitarie.
• Vincoli ambientali come l'area di influenza, la disponibilità di spazio, le fonti di energia rinnovabile e altre risorse locali, nonché la densità energetica dell'area.

Fattori di supporto

1. Creare un ambiente politico di supporto.
2. Consentire lo scambio di energia locale tra la generazione distribuita e il flusso di energia bidirezionale.
3. Regole di interconnessione chiare e trasparenti con la rete principale.
4. Disponibilità di mercati energetici locali.
5. Garantire l'efficienza economica e la redditività quando la sicurezza dell'approvvigionamento energetico non è un problema.
6. Sostenere modelli di business validi e la condivisione dei benefici per far fronte agli alti costi di capitale.
7. Creare modelli di governance appropriati per le iniziative guidate dalla comunità.
8. Garantire il coinvolgimento degli stakeholder per massimizzare il valore sociale.
9. Perseguire la protezione dei dati e delle comunicazioni.
10. Utilizzare tecnologie e dimensioni di stoccaggio adeguate.
11. Integrare meglio i sistemi di gestione dell'energia e i sistemi di gestione aziendale.
12. Aumentare l'usabilità delle interfacce con i residenti della comunità per garantire la trasparenza e promuovere comportamenti efficienti dal punto di vista energetico.

Iniziative del governo

Nei Paesi europei, l'implementazione di sistemi energetici locali è supportata da numerose iniziative e politiche a livello europeo o nazionale, dove molti progetti di ricerca e sviluppo, che beneficiano di finanziamenti nazionali o europei, sono incentrati sulle reti intelligenti, sull'efficienza energetica, sull'integrazione delle risorse rinnovabili distribuite, sulla gestione intelligente delle reti e molto altro ancora.

Nel contesto delle politiche dell'UE, i fattori che spingono verso questi progetti sono l'aumento della congestione della rete e della domanda di energia, il cambiamento climatico, l'esaurimento dei combustibili fossili, l'invecchiamento dell'infrastruttura della rete elettrica e del mercato interno europeo dell'energia; tutti questi fattori che spingono verso l'implementazione di sistemi energetici locali sono stati ispirati dall'ultimo pacchetto clima-energia dell'UE "Energia pulita per tutti gli europei" e ora dal nuovo Green Deal europeo.

Un'iniziativa degna di nota è l'istituzione della Smart Grid Task Force (SGTF) come parte del terzo pacchetto energetico dell'UE nel 2009, con l'obiettivo di fornire consulenza sulle politiche e i regolamenti relativi alla diffusione delle reti intelligenti. Ad esempio, nell'ambito dello sviluppo di uno standard comune per le reti intelligenti europee, la CE ha affidato diversi mandati agli organismi europei di standardizzazione (ESO) al fine di stabilire standard per l'interoperabilità dei contatori intelligenti, standard di ricarica dei veicoli elettrici ed elevati livelli di servizi e operazioni di rete intelligente.

L'UE sta attualmente chiedendo ai Paesi membri di aggiornare le normative sul mercato dell'energia elettrica e sulle energie rinnovabili per consentire alle comunità di agire come aggregatori di generazione rinnovabile, carichi flessibili e servizi di stoccaggio per la rete complessiva, aprendo la strada alle microgrid comunitarie.

Mappatura degli stakeholder

Mappa degli stakeholder per un sistema di reti intelligenti (BABLE, 2021)

Potenziale di mercato

Il progresso delle microgrid fa parte di una tendenza più ampia verso la digitalizzazione, la decentralizzazione e la decarbonizzazione del settore energetico. A livello globale, il mercato in crescita dei sistemi energetici locali è una risposta alle preoccupazioni ambientali, alla mancanza di una solida infrastruttura di rete e di affidabilità energetica, all'aumento dei prezzi dell'energia e a una combinazione di pressioni normative e incentivi. Di conseguenza, si prevede che il mercato delle microgrid crescerà rapidamente nei prossimi 10 anni.

Capacità totale annua di potenza delle microgrid e spesa di implementazione per regione, mercati mondiali: 2020-2029 (Guidehouse Insights)

Nonostante sia considerata un leader mondiale nel passaggio a un futuro energetico a basse emissioni di carbonio, l'Europa rappresenta solo il 9% del mercato globale delle microgrid. La spiegazione più diretta è che la maggior parte della capacità di microgrid installata in Europa si trova su isole remote che non sono collegate alla rete principale. Tuttavia, un'analisi più approfondita di come i mercati dell'UE siano strettamente interconnessi e regolamentati mostra un modello distinto che pone seri limiti allo sviluppo delle microgrid (secondo Navigant Research): (1) l'Europa si è concentrata sulla diffusione delle energie rinnovabili su larga scala, come quelle offshore, che richiedono ingenti investimenti nelle infrastrutture di trasmissione; (2) la diffusione delle risorse energetiche distribuite (DER) si è basata principalmente sulle tariffe di immissione, un modello di business che preclude la caratteristica chiave di una microgrid, ossia l'isolamento; (3) i metodi preferiti per affrontare la variabilità delle energie rinnovabili e aumentare l'affidabilità dell'energia si orientano verso il commercio transfrontaliero e non verso le microgrid localizzate.

In definitiva, l'integrazione avanzata del mercato europeo sta spostando l'attenzione dalle microgrid ai VPP. Infatti, l'Europa è all'avanguardia nell'adozione di piattaforme VPP con funzionalità sofisticate che consentono l'integrazione delle fonti rinnovabili e il trading di energia in tempo reale per massimizzare il valore delle risorse di flessibilità, aprendo al contempo le porte a nuovi flussi di valore per creare mercati per i servizi ausiliari.

Modelli operativi

Fino a poco tempo fa, il modello di business per le microgrid rappresentava un ostacolo per molte organizzazioni, a causa delle costose spese di capitale e degli elevati rischi finanziari associati alla loro costruzione e installazione. Ora, nuovi meccanismi di finanziamento e di funzionamento stanno riducendo le barriere per le organizzazioni e le comunità, consentendo a un maggior numero di microgrid - e quindi alla transizione energetica sostenibile - di diventare una realtà.

Modello operativo per un sistema di microgrid intelligente (BABLE, 2021)

Requisiti legali

Poiché non esistono normative specifiche per le microgrid nell'Unione Europea, è necessario innanzitutto definire il campo normativo chiave delle microgrid e collegare le direttive europee esistenti a questi campi. I campi normativi rilevanti per le microgrid e le relative direttive sono:

Energie rinnovabili: considerare le unità di generazione rinnovabile all'interno della microgrid, comprese le misure che promuovono l'integrazione delle rinnovabili, l'efficienza energetica e la decarbonizzazione.

Regolamento Energie rinnovabili (BABLE, 2021)

Connessione alla rete: requisiti di connessione alla rete di distribuzione per carichi, unità di generazione e dispositivi di accumulo dell'energia.

Regolamento sulla connessione alla rete (BABLE, 2021)

Autoconsumo e accumulo di energia: Condizioni per la fornitura di energia in eccesso rispetto alla produzione, possibilità di utilizzare sistemi di accumulo, ecc.

Regolamento sull'autoconsumo e l'accumulo di energia (BABLE, 2021)

Nel complesso, la quantità di normative che si applicano direttamente alle microgrid nell'UE è bassa, il che aumenta anche le differenze tra le normative per le microgrid in ogni Stato membro. Tuttavia, l'impatto di alcune normative come la 2009/28/CE che promuove le energie rinnovabili è notevole. Per raggiungere gli obiettivi delle direttive europee in linea con le microgrid, gli Stati membri hanno implementato strategie basate su incentivi economici. Lo schema di sostegno più comune nell'UE si basa sulle tariffe di alimentazione (FIT); tuttavia, esistono altri incentivi rilevanti come i premi di mercato, i certificati verdi e le gare d'appalto tradizionali.

Dati e standard

Dati e standard per un sistema di micogrid intelligente (BABLE, 2021)