Quando si parla di energie rinnovabili, si incontra spesso il termine "SSE". Cosa rappresenta? Questo articolo fornirà una spiegazione dettagliata e i principi utilizzando un linguaggio semplice.
Che cosa significa "ESS" nel campo energetico?
Nel settore dell'energia, ESS è l'acronimo di "Sistema di accumulo di energia" Si riferisce a un metodo per immagazzinare temporaneamente l'energia utilizzando un approccio specifico e rilasciarla quando necessario. È spesso utilizzato nel campo delle energie rinnovabili. Che si tratti di energia idroelettrica, solare, eolica, maremotrice, ecc. l'elettricità generata da queste forze naturali è vasta e continua. Per evitare che l'energia generata venga sprecata, l'ESS è costruito per massimizzare l'uso dell'energia.
L'ESS viene applicato anche all'accumulo di energia in ambito commerciale e industriale per evitare il sovraccarico durante i picchi di domanda di elettricità e per risparmiare sui costi. Alcune aziende scelgono di costruire un sistema ESS per immagazzinare l'elettricità quando i prezzi della rete sono bassi e poi rilasciarla quando i prezzi sono alti, risparmiando così sui costi.
In realtà, l'ESS non è un'esclusiva dei grandi progetti. Con i progressi tecnologici delle batterie al litio degli ultimi anni, sono apparse sul mercato molte batterie di accumulo di energia per uso domestico, che consentono di immagazzinare l'energia solare e di utilizzarla nelle giornate nuvolose o di notte.
Come funziona l'ESS
Il principio di base di un ESS è quello di convertire e immagazzinare l'energia ottenuta, per poi rilasciarla quando serve. Attraverso un convertitore, l'energia elettrica viene convertita in una forma adatta all'immagazzinamento, solitamente in energia elettrica immagazzinata in batterie agli ioni di litio.
Componenti dell'ESS
L'ESS è tipicamente costituito da diversi componenti chiave, ognuno dei quali svolge un ruolo essenziale nella funzionalità complessiva del sistema:
Dispositivo di accumulo di energia:
Il dispositivo di accumulo dell'energia è la parte centrale dell'ESS, utilizzata per immagazzinare energia.
Sistema di conversione di potenza (PCS):
Il sistema di conversione di potenza è responsabile della conversione della potenza durante l'accumulo e il rilascio di energia. Comprende inverter (che convertono la corrente continua in corrente alternata) e raddrizzatori (che convertono la corrente alternata in corrente continua).
Sistema di gestione delle batterie (BMS):
Per i sistemi basati su batterie, il Battery Management System è un componente fondamentale. Il BMS monitora e gestisce la tensione, la corrente, la temperatura e lo stato di carica della batteria per garantirne il funzionamento sicuro, evitando sovraccarichi, scariche eccessive e surriscaldamenti. Il BMS può anche bilanciare la tensione tra le celle della batteria per prolungarne la durata complessiva.
Sistema di gestione dell'energia (EMS):
Il sistema di gestione dell'energia viene utilizzato per ottimizzare il funzionamento dell'intero sistema. L'EMS monitora l'ingresso e l'uscita di energia, gestisce i tempi di carica e scarica del dispositivo di accumulo di energia, assicurando che il sistema possa massimizzare l'uso dell'energia immagazzinata in base alla domanda di carico e alle fluttuazioni del prezzo dell'elettricità.
Sistema di raffreddamento:
Il sistema di raffreddamento serve a mantenere la stabilità della temperatura del dispositivo di accumulo di energia, soprattutto nei sistemi di accumulo a batteria o meccanici. La gestione della temperatura è fondamentale per prolungare la vita del sistema e garantire un funzionamento sicuro. I sistemi di raffreddamento comunemente utilizzati sono a liquido o ad aria.
Dispositivi di protezione:
I dispositivi di protezione comprendono interruttori, fusibili, isolatori e dispositivi di messa a terra. Questi dispositivi sono utilizzati per proteggere il sistema da sovraccarichi, cortocircuiti, fluttuazioni di tensione e altri guasti elettrici, assicurando che il sistema possa arrestarsi in modo sicuro in caso di condizioni anomale.
Sistema di monitoraggio e controllo:
Questo sistema fornisce funzioni di monitoraggio e controllo dei dati in tempo reale. Può monitorare lo stato dell'ESS, come il livello di carica della batteria, la temperatura e la potenza in uscita, da remoto o localmente.
Sistema di comunicazione:
Il sistema di comunicazione viene utilizzato per collegare il sistema ai sistemi di controllo esterni o alla rete. Consente lo scambio di dati tra EMS, BMS e altri sistemi di controllo.
Quali tipi di ESS esistono?
In base ai principi del convertitore, gli ESS possono essere suddivisi in diversi rami. A seguire, presenterò alcuni tipi utilizzati nella vita reale e i rispettivi vantaggi e svantaggi:
Batteria ESS (BESS)
Principio: I sistemi di accumulo dell'energia basati sulle batterie immagazzinano l'energia elettrica in forma chimica all'interno di una batteria. I tipi più comuni sono le batterie agli ioni di litio, in cui gli ioni di litio si muovono tra l'anodo e il catodo durante i cicli di carica e scarica. Altri tipi includono le batterie a flusso, che immagazzinano l'energia in elettroliti liquidi.
Vantaggi: Alta densità di energia e lunga durata dei cicli; elevata efficienza di carica e scarica; il design modulare consente di dimensionare il sistema in base alle esigenze.
Svantaggi: Costo iniziale elevato; la durata della batteria è influenzata dalle condizioni ambientali.
Caso d'uso: Progetto di batteria di accumulo di energia solare commerciale di PKNERGY.
Accumulo di energia termica
Principio: I sistemi di accumulo di energia termica (TES) immagazzinano l'energia sotto forma di calore o freddo, che può essere successivamente utilizzata per generare elettricità o fornire riscaldamento/raffreddamento. I materiali più comuni per i TES sono l'acqua, il ghiaccio o i sali fusi. Questi sistemi funzionano spesso in combinazione con l'energia solare o altre fonti rinnovabili.
Vantaggi: Lungo tempo di accumulo dell'energia; sistema relativamente semplice con bassi costi di manutenzione; in grado di bilanciare le richieste energetiche stagionali.
Svantaggi: Bassa densità energetica; la perdita di calore può ridurre l'efficienza; grande spazio richiesto per lo stoccaggio dei materiali.
Caso d'uso: L'impianto solare Gemasolar in Spagna utilizza il sale fuso per l'accumulo di calore.
Accumulo di energia ad aria liquida (LAES)
Principio: L'accumulo di energia ad aria liquida (LAES) consiste nel raffreddare l'aria a temperature criogeniche (circa -196°C) per liquefarla, che viene poi immagazzinata in serbatoi isolati. Quando è necessaria l'energia, l'aria liquida viene esposta alla temperatura ambiente, espandendosi rapidamente e trasformandosi nuovamente in gas. Questo processo di espansione aziona una turbina per generare elettricità. I sistemi LAES possono anche utilizzare il calore o il freddo di scarto per migliorare l'efficienza.
Vantaggi: Può immagazzinare energia su larga scala, adatta per la regolazione della rete; utilizza materie prime poco costose e non tossiche (aria); lunga durata del sistema con basse esigenze di manutenzione; maggiore densità energetica, soprattutto se combinata con calore di scarto o freddo.
Svantaggi: Efficienza di conversione inferiore, tipicamente intorno a 50-60%; costi di costruzione elevati che richiedono infrastrutture su larga scala; richiede una tecnologia di stoccaggio a bassa temperatura, che comporta perdite di energia.
Caso d'uso: Il progetto di stoccaggio di energia ad aria liquida di Highview Power nel Regno Unito.
Accumulo di energia ad aria compressa (CAES)
Principio: I sistemi CAES utilizzano l'elettricità in eccesso per comprimere l'aria e immagazzinarla in caverne o serbatoi sotterranei. Quando la domanda di energia è elevata, l'aria compressa viene rilasciata, riscaldata ed espansa per azionare turbine che generano elettricità.
Vantaggi: Adatto per l'accumulo di energia su larga scala; basso costo, soprattutto se si utilizzano caverne sotterranee naturali; consente l'accumulo di energia a lungo termine.
Svantaggi: Bassa efficienza del sistema con una significativa perdita di energia; richiede un ampio spazio sotterraneo; impatti ambientali, come le emissioni di carbonio durante il riscaldamento dell'aria.
Caso d'uso: L'impianto CAES di McIntosh, USA.
Accumulo di energia a volano
Principio: I sistemi di accumulo di energia a volano convertono l'energia elettrica in energia cinetica facendo girare un rotore ad alta velocità. Quando serve energia, l'energia cinetica del rotore viene riconvertita in energia elettrica.
Vantaggi: Alta densità di potenza; requisiti di manutenzione estremamente ridotti; capacità di carica e scarica rapida.
Svantaggi: Bassa densità energetica; alti costi di costruzione; breve tempo di accumulo dell'energia, adatto per esigenze di bilanciamento a breve termine.
Caso d'uso: Il sistema di accumulo di energia a volano di Beacon Power.
Accumulo di energia chimica
Principio: L'accumulo di energia chimica comporta la conversione dell'energia elettrica in energia chimica, tipicamente sotto forma di idrogeno o altri vettori chimici. Questa energia può essere successivamente riconvertita in energia elettrica attraverso celle a combustibile o altri processi chimici.
Vantaggi: Alta densità di energia; permette di immagazzinare energia a lungo termine; materie prime ampiamente disponibili con applicazioni flessibili.
Svantaggi: Bassa efficienza di conversione; tecnologia complessa con costi elevati; necessità di infrastrutture significative, soprattutto per lo stoccaggio e il trasporto dell'idrogeno.
Caso d'uso: L'impianto Power-to-Gas in Germania converte l'elettricità in eccesso in idrogeno da immagazzinare.
Fattori chiave che influenzano il costo dell'ESS
Il costo di un sistema di accumulo di energia (ESS) è influenzato principalmente da fattori quali il tipo di batteria, le dimensioni del sistema, i costi dei materiali, le spese di produzione e installazione, la manutenzione e i costi operativi (OPEX), nonché la durata di vita e il numero di cicli del sistema. La scala e la complessità dell'ESS, i requisiti di qualità e i costi di manutenzione e sostituzione a lungo termine incidono sul rapporto costo-efficacia complessivo dell'ESS. Inoltre, più lunga è la durata del sistema e più cicli può completare, più basso è il costo a lungo termine.
Conclusione
Come mezzo per immagazzinare energia, i sistemi ESS possono ridurre in modo significativo la dipendenza della società dai combustibili fossili tradizionali. Soprattutto per i Paesi con un'elevata domanda di elettricità, sia i piccoli ESS domestici che i grandi accumulatori di energia commerciale offrono buone soluzioni. Ciò significa che il mercato dell'accumulo di energia diventerà sempre più popolare. Contattate subito PKNERGY per saperne di più sulla costruzione di un ESS.
FAQ:
Come funziona un sistema di accumulo di energia solare?
Il principio di funzionamento di un sistema di accumulo di energia solare consiste nell'immagazzinare l'energia in eccesso generata dai pannelli solari. Quando il sole splende, i pannelli solari producono elettricità, che può essere utilizzata immediatamente o immagazzinata in un sistema di accumulo di energia (ESS) per un uso successivo.
È possibile avere una batteria di backup senza l'energia solare?
Sì, è possibile effettuare una ricarica dalla rete per utilizzarla come fonte di energia di riserva senza bisogno di un impianto solare.
Quanta elettricità può essere immagazzinata in una batteria?
Dipende dalle dimensioni della batteria utilizzata. Le batterie per l'accumulo di energia per uso domestico più diffuse sono quelle da 5kWh, 10kWh e 15kWh.
Risparmiare denaro, proteggere l'ambiente
PKNERGY vi aiuta a ridurre le bollette energetiche per l'accumulo di energia solare in casa, immagazzinando l'energia solare per utilizzarla in qualsiasi momento, di notte o durante un'interruzione.
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