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Solare ibrido: una nuova era per le fonti rinnovabili di energia

Soluzioni come il solare ibrido prendono la guida nella produzione mondiale di energia, mentre le tecnologie efficienti di stoccaggio migliorano costantemente

Quando si parla di soluzioni ad energia ibrida, di solito, le possibilità sono tre. La prima prevede ibridi di motori con un impianto solare fotovoltaico (PV) in aggiunta ad un impianto diesel come capacità supplementare. La seconda possibilità prevede di aggiungere stoccaggio di energia (usando batterie) e un PV ad un esistente impianto a diesel, sempre quale capacità supplementare. La terza opzione, che il mondo vedrà sempre di più nei prossimi anni, è un impianto solare ibrido accoppiato alle ultimissime tecnologie in fatto di stoccaggio dell’energia.

Quest’ultima soluzione, un ibrido solare PV con sistema di stoccaggio, è stata presentata da Wärtsilä a Monaco, in Germania, nel giugno 2018 alla conferenza annuale «Intersolar Europe», un importante evento internazionale nell’industria dell’energia rinnovabile. 

Hybrid power plant illustration with solar panels and energy storage

Rinnovabili come fonte principale

La parola d’ordine per il solare PV e le soluzioni di stoccaggio dell’energia è «Rinnovabili come fonte principale» in uno scenario di produzione dell’energia che non è solo amico del clima e capace di aumentare la resilienza e l’efficienza dell’impianto, ma può anche essere supportato dalle infrastrutture di rete, creando così un nuovo standard di ibrido.

La tendenza a livello mondiale è piuttosto chiara. Le fonti di energia rinnovabile, come i PV, sono installate ad un ritmo da record in tutto il mondo per soddisfare il fabbisogno di energia più pulita mentre aumentano la popolazione mondiale e l’urbanizzazione.

Secondo l’Agenzia Internazionale per l’Energia (IEA) nel suo Rapporto del 2017 sull’Energia Mondiale, ogni quattro mesi la popolazione urbana mondiale cresce quanto una città delle dimensioni di Shanghai. Entro il 2040 la capacità produttiva di energia globale è prevista aumentare del 60% e le fonti rinnovabili costituiranno più del 45% del totale. Con volumi di produzione in crescita e la continua innovazione, il costo delle tecnologie per l’energia rinnovabile è sempre più competitivo e, in molti casi, rappresenta già la soluzione più idonea.

In un altro recente studio di mercato, redatto da Bloomberg, con previsioni sulle fonti di energia globali tra il 2017 e il 2040, il carbone, il gas e l’energia nucleare diminuiranno progressivamente, mentre il solare ed altre rinnovabili faranno da traino in maniera consistente.

Per consentire questa ulteriore penetrazione delle rinnovabili nell’ambito dell’energia mondiale, non impattanti sul clima, è cruciale che l’industria ottimizzi la prestazione degli impianti in ogni aspetto della produzione di energia e in tutti gli ambiti.

Corrente continua/alternata/continua

Wärtsilä Energy Solutions fa esattamente questo, riprogettando alcune delle parti critiche dell’ecosistema di produzione dell’energia fotovoltaica, incluso lo stoccaggio. Ciò comporta aggiustamenti del software e dell’hardware per ottimizzare le prestazioni di sistema e la partecipazione al mercato, massimizzando il ritorno dell’investimento per i clienti.

Rendere le rinnovabili la nuova fonte principale di generazione dell’energia, significa applicare alla produzione fotovoltaica molti di quei principi di ingegneria già applicati ai combustibili fossili, sempre tenendo conto delle tipiche fluttuazioni di utilizzo dell’energia che si verificano durante una qualsiasi giornata.

La questione è che, con i PV, l’energia viene generata come corrente continua (DC) e necessita di essere convertita in corrente alternata (AC). Operazione normalmente effettuata da un tradizionale invertitore ma, laddove si aggiungano al sistema delle batterie che funzionano altresì a corrente continua, la situazione si complica ulteriormente.

Un problema può essere una perdita di efficienza energetica di circa il 15% nel percorso circolare tra DC e AC e poi di nuovo a DC per ricaricare le batterie. Oppure, in altri termini, le batterie che si caricano a corrente continua devono essere in grado di scaricare nella rete a corrente alternata, il che richiede un nuovo tipo di utilizzo di convertitori ed invertitori.

L’innovazione GEMS

Nella ricerca delle migliori tecnologie disponibili, Wärtsilä, nel 2017, ha acquisito Greensmith Energy, che sviluppa il GEMS, un sistema avanzato di gestione dell’energia, attualmente alla sua quinta generazione, che permette un nuovo e moderno monitoraggio, operazioni di generazione dell’energia e applicazioni di stoccaggio.

Greensmith Energy utilizza i più recenti progressi nelle tecnologie elettroniche applicate all’energia, nelle batterie e nello stoccaggio, oltre che nei sistemi di apprendimento automatico e «cloud computing» per sfruttare l’energia rinnovabile ed ottimizzare la rete.

Uno dei principali vantaggi della soluzione Wärtsilä Hybrid Solar e del GEMS è l’utilizzo di tecnologie ad invertitori bi-direzionali per integrare i pannelli fotovoltaici con la rete in maniera uniforme. Questo sistema altamente integrato, supportato dal software GEMS, garantisce energia distribuibile a richiesta.

Altri aspetti dello scenario

Un importante aspetto nella configurazione a solare ibrido è la possibilità di erogare energia in ogni fascia oraria e, al contempo, offrire servizi ausiliari a supporto della stabilità della rete elettrica. Questa doppia operatività permette di incrementare i ricavi e aumenta l’efficienza. L’energia a fasce orarie è ben compatibile con le necessità rappresentate dal tipico scenario di utilizzo dell’elettricità: basso durante il giorno, più alto di sera quando la gente torna a casa dal lavoro.

Utilizzata per ottimizzare queste complicate operazioni di gestione dei carichi, tenendo conto anche di altri parametri come il prezzo e le condizioni di mercato nonché delle condizioni atmosferiche con previsioni anche minuto-per-minuto, la piattaforma GEMS di Greensmith include anche un’analisi computerizzata su web e su cloud che permette un intelligente accantonamento dei ricavi.

Inoltre, utilizzando lo stoccaggio dell’energia e un funzionamento «a richiesta», la vita delle batterie e degli impianti fotovoltaici si allunga.

Mettendo insieme tutto ciò, si deduce che i vantaggi attuali della tecnologia «solare ibrida» promettono sistemi di produzione dell’energia sostenibili, in costante progresso, a prova di futuro, sistemi che sono anche esenti da CO2, con soddisfazione dei produttori e dei distributori di elettricità.

[ Magnus Miemois ]

Wärtsilä Energy Business

[ Sen Zhang ]

Greensmith Energy Management Systems (Wärtsilä Company)