La co-locazione dei sistemi di accumulo non prevede una soluzione unica per tutti. Esistono molte soluzioni tecniche, ognuna delle quali modifica i vincoli operativi e le opportunità commerciali di un progetto. Ma quindi, come si procede per co-localizzare un sistema di accumulo a batteria con la generazione?
Nel nostro articolo precedente sulla co-locazione, abbiamo introdotto il concetto di affiancare sistemi di accumulo a batteria a fonti di generazione. In questo approfondimento, entriamo nei dettagli su come configurare un sito co-localizzato. Il focus è su impianti solari e sistemi di accumulo co-localizzati, anche se alcuni aspetti valgono per qualsiasi tipo di co-locazione.
Spoiler
- L'accoppiamento AC è il metodo più comune per co-localizzare progetti. Significa che l'accumulo è collegato alla generazione sul lato AC dell'inverter della batteria, prima della connessione alla rete.
- L'accoppiamento DC è un'opzione alternativa per progetti solari e di accumulo. La batteria si collega al solare sul lato DC di entrambi gli impianti, condividendo un unico inverter.
- Entrambe le soluzioni introducono vincoli nell'operatività dell'accumulo. Questo perché una connessione di rete condivisa non consente (di solito) l'esportazione completa sia della batteria che della generazione contemporaneamente.
- La misura dei consumi può cambiare significativamente l'operatività del progetto, raggruppando o separando la batteria e la fonte di generazione.
Condividere (una connessione di rete) è prendersi cura
Finora, il percorso più comune per la co-locazione di accumulo e solare è stato tramite accoppiamento AC. I due impianti sono accoppiati insieme sul lato corrente alternata (AC) dei rispettivi inverter, prima che la potenza raggiunga la connessione alla rete.
L'accumulo a batteria carica o scarica energia in corrente continua (DC). Anche molte fonti rinnovabili, come il solare, funzionano in questo modo. Questo segnale deve essere convertito in AC prima di essere esportato in rete, ruolo svolto dall'inverter.
Per spiegare meglio le soluzioni di co-locazione, utilizzeremo un progetto ipotetico di solare e accumulo, situato presso la sede Modo nella soleggiata Birmingham, con le seguenti specifiche:
- Una connessione di rete da 50 MW (importazione ed esportazione).
- Una batteria da 50 MWh con inverter da 50 MW.
- Un impianto solare da 70 MWp con inverter da 50 MW.
Glossario: solare da 70MWp significa che i pannelli producono 70MW sul lato DC dell’inverter in condizioni di picco.
Come sarebbe il nostro sito accoppiato in AC?
La Figura 1 (sotto) mostra configurazioni esemplificative di questi tre componenti. Un sito solare e di accumulo accoppiato in AC è confrontato con due siti separati e indipendenti.
- Nel primo esempio, esistono due progetti separati: uno di accumulo a batteria e uno solare. Ognuno ha la propria connessione alla rete.
- Nel secondo esempio, i due impianti si collegano prima di raggiungere la connessione di rete, risparmiando sui costi di connessione.
- In entrambi i progetti, l’inverter taglia la generazione totale DC dei pannelli solari. Taglio significa che, al picco, il solare produce più potenza di quanta l’inverter possa convertire; l’energia in eccesso si dissipa in calore. È comune sovradimensionare la capacità DC di un impianto solare rispetto all’inverter, per ottenere una curva di esportazione più ampia e quindi un fattore di carico maggiore e migliori rendimenti.
- L’inverter taglia la generazione solare prima che l’accumulo si colleghi. Per questo motivo, la batteria non può caricarsi da questa energia solare “in eccesso”.
La co-locazione introduce vincoli
La co-locazione dei due impianti introduce un vincolo sulla capacità di esportazione del sito. Quando il solare genera ed esporta tramite una sola connessione, la capacità di esportazione residua per la batteria diminuisce.
Questo vincolo significa che sia la batteria che il solare non possono esportare al massimo delle proprie capacità contemporaneamente. Essendo l’asset più flessibile, di solito si modifica il funzionamento della batteria in funzione di questo vincolo.
La Figura 2 (sotto) mostra come la produzione solare limiti la capacità di esportazione disponibile per la batteria.
- Durante la notte, il sistema di accumulo a batteria può esportare a piena potenza, poiché il solare non genera e la connessione di rete ha 50MW di margine.
- A mezzogiorno, il solare esporta a piena potenza e non c’è margine per la batteria.
- Questo introduce vincoli nel funzionamento della batteria e nella sua capacità di partecipare ai servizi ancillari.
- L’inverter limita il profilo di generazione solare non tagliato a 50MW. Il sistema perde anche potenza nell’inverter a causa delle perdite di conversione.
Come funziona nella pratica?
Per garantire la sicurezza operativa di un sito co-localizzato accoppiato in AC, sono necessari hardware e software che limitino l’esportazione. Nell’esempio, la capacità totale di esportazione tra solare e batteria (100 MW) supera la capacità di rete disponibile (50MW). Superare la capacità di connessione può causare l’intervento obbligatorio dell’operatore di rete. Gli accordi di connessione spesso prevedono che il sito venga disconnesso se si superano i limiti, tramite la certificazione G99 che abilita la connessione alla rete locale.
Questo comporta dei costi – sia per l’energia non esportata durante il distacco che per eventuali penali dell’operatore di rete. Perciò, la soluzione in loco che garantisce il rispetto dei limiti di importazione ed esportazione deve essere robusta per evitare questi rischi.
Accoppiamento DC: il sacro Graal della co-locazione?
La sezione precedente riguarda il metodo di accoppiamento AC. Tuttavia, esiste un’altra soluzione per progetti solari e di accumulo chiamata accoppiamento DC. In un sito solare e di accumulo accoppiato in DC, l’accoppiamento dei due impianti avviene dietro un unico inverter.
La Figura 3 (sotto) mostra come funzionerebbe per il nostro progetto ipotetico.
- Questa è la soluzione tecnologicamente più efficiente, con un unico inverter e una sola connessione di rete condivisa.
- La batteria è ora accoppiata al solare dietro l’inverter, potendo così caricarsi direttamente dal solare, anche dall’energia che altrimenti sarebbe stata tagliata.
- Il sito accoppiato in DC presenta lo stesso vincolo di quello in AC, ma ora è a livello di inverter anziché di connessione di rete. Questo rende impossibile esportare fisicamente più della capacità di rete.
- Questo significa anche che l’accoppiamento DC può essere preferito dall’operatore di rete e, in alcune regioni, potrebbe avere priorità di connessione.
Dov’è la fregatura?
L’accoppiamento DC viene spesso descritto come la soluzione ottimale per la co-locazione di solare e accumulo, per i motivi sopra elencati. Tuttavia, la maggior parte dei progetti annunciati nel Regno Unito ad oggi sono accoppiati in AC. Perché?
- Sebbene la condivisione dell’inverter dovrebbe ridurre i costi, le efficienze di prezzo nell’accumulo sono state spinte dall’avanzamento di soluzioni integrate (spesso dette “containerizzate”). Smontare queste soluzioni può annullare i benefici economici.
- La potenza in uscita dall’inverter è la somma dei segnali di potenza di solare e batteria, compreso il rumore tipico dei profili di generazione solare. Questo può influire sulla capacità del progetto di fornire servizi ancillari attualmente misurati sul lato AC dell’inverter, come la risposta in frequenza.
- Infine, accoppiare dietro l’inverter integra ulteriormente solare e accumulo, limitando la possibilità di separarli commercialmente e restringendo alcune opzioni di finanziamento disponibili per i progetti accoppiati in AC.
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