I servizi di risposta in frequenza stanno cambiando rapidamente per tenere il passo con le esigenze di un sistema in transizione. Nei prossimi due anni assisteremo al pensionamento dei servizi tradizionali e all’introduzione di nuovi mercati per la risposta in frequenza. In questo articolo esploriamo questi nuovi servizi, stimiamo la quantità di energia necessaria e analizziamo come le batterie possano partecipare.

Panoramica dei nuovi servizi di risposta in frequenza

Nel mese di ottobre 2020, il National Grid Electricity System Operator (NG ESO) ha lanciato la prima versione dei nuovi servizi di risposta in frequenza: Dynamic Containment a bassa frequenza (DC-LF).

Nel primo trimestre del 2022 verranno introdotti altri due servizi di risposta in frequenza, completando il nuovo pacchetto: Dynamic Containment, Dynamic Moderation e Dynamic Regulation (DC, DM e DR). Ogni prodotto risponde a un’esigenza specifica per la gestione della frequenza. Insieme, consentono all’ESO di gestire la frequenza su tutta la gamma di erogazione dei servizi tradizionali.

I tre servizi sono suddivisi in due gruppi:

• Pre-guasto – per prevenire grandi deviazioni di frequenza e mantenere la frequenza entro i limiti operativi.
• Post-guasto – per risolvere grandi deviazioni di frequenza e riportare la frequenza entro i limiti operativi.

La Tabella 1 qui sotto offre una panoramica dei nuovi servizi.

Profili di risposta

I profili di risposta di DC e DM comprendono una gamma iniziale e una secondaria di erogazione, separate da un “punto di flesso”, come mostrato nella Figura 1. Nella gamma iniziale è richiesta solo una risposta parziale, limitata al 5% della capacità contrattuale. Nella gamma secondaria è richiesta una risposta completa fino al 100% della capacità contrattuale.

Confronto dei requisiti energetici dei nuovi servizi

Per i fornitori di servizi di risposta in frequenza, il volume di energia erogata richiesto dipende da come varia la frequenza della rete nel tempo. Per comprendere meglio questo aspetto, abbiamo modellato la risposta contrattuale per i nuovi servizi di risposta in frequenza, basandoci sui dati di frequenza della rete del 2020.

La Figura 2 mostra la percentuale di tempo trascorsa nelle principali zone di risposta in frequenza. Questo ci permette di capire per quanto tempo e in che misura ogni servizio viene utilizzato (vedi Tabella 2).

Punti chiave:

• La frequenza rimane all’interno della deadband (50 +/- 0,015 Hz) per il 13% del tempo. In questi casi non è richiesta alcuna risposta dalle unità che forniscono i servizi.
• DC e DM trascorrono pochissimo tempo nella gamma secondaria. Per DM, la piena erogazione del servizio è richiesta per il 12% del tempo. Per DC, la piena erogazione è richiesta solo per lo 0,12% del tempo.

I requisiti energetici dei singoli servizi variano a seconda dei profili di risposta. Basandosi sui dati di frequenza del 2020, la Figura 3 mostra il fabbisogno energetico medio giornaliero per ciascun servizio (per un contratto da 1 MW).

Punti chiave:

• L’energia erogata è inferiore per DC e DM rispetto a DR, a causa del profilo di erogazione a punto di flesso.
• Nel DC, il 98% delle importazioni ed esportazioni avviene nella gamma iniziale, poiché la risposta post-guasto è raramente richiesta.
• DR presenta il fabbisogno energetico più elevato, dovuto alla sua finestra di erogazione ristretta attorno ai 50 Hz.

Come parteciperanno i sistemi di accumulo (storage) a DC, DM e DR?

Nella fornitura di risposta in frequenza, ci sono due aspetti chiave per i sistemi di accumulo di energia:

• Gestione dello stato di carica (SoC).
• Cicli di carica/scarica.

Per partecipare al DC, i fornitori devono gestire lo stato di carica (SoC) per garantire di poter sempre erogare la piena capacità contrattuale per 15 minuti. Per DM e DR, i requisiti di SoC sono ancora in fase di consultazione. L’ipotesi più probabile è che gli asset dovranno mantenere energia sufficiente per 30 minuti di erogazione del servizio a piena potenza. Questo potrebbe rappresentare una criticità per i sistemi con durata di un’ora: per poter erogare in entrambe le direzioni a piena potenza, l’asset dovrebbe mantenersi perfettamente al 50% di SoC. In questo scenario, i sistemi di breve durata dovrebbero partecipare a DR e DM con capacità ridotta per evitare problemi.

La Tabella 3 mostra i requisiti di gestione SoC per ciascun servizio (variazione media giornaliera di SoC) e le stime di cicli (cicli/giorno). Qui si assume un sito da 1 MW con durata di un’ora (1 MWh di capacità), che partecipa a ciascun mercato a piena capacità, con efficienza round trip dell’88% (RTE). Si suppone che i contratti vengano assegnati su base continuativa (24/7).

Punti chiave:

• I cambiamenti giornalieri di SoC più elevati si riscontrano nei servizi asimmetrici. Per questo motivo, per i sistemi di accumulo è consigliata la partecipazione simmetrica, per ridurre i costi di gestione del SoC.
• DR è meno adatto ai sistemi di accumulo di energia, a causa dell’elevato numero di cicli giornalieri (2,84 cicli/giorno), dell’alto fabbisogno di gestione SoC (perdite pari al 38% di SoC/giorno) e del tempo di risposta lento (10 secondi).
• DC è il servizio con il throughput più basso, con un tasso di cicli di 0,14 cicli/giorno, fino a 10 volte inferiore rispetto ai mercati merchant.

Riepilogo

• Insieme, DC, DM e DR sostituiranno i mercati di risposta in frequenza esistenti dell’ESO.
• Per il 13% del tempo non è richiesta alcuna risposta per nessun servizio.
• DC e DM hanno i requisiti energetici più bassi, grazie ai loro profili di risposta a punto di flesso.
• La risposta simmetrica DC ha un tasso di cicli molto basso e tempi di risposta rapidi, rendendola ideale per i sistemi di accumulo a batteria.
• Sebbene tecnicamente possibile, la partecipazione dei sistemi di accumulo a batteria a DR è improbabile, a causa degli elevati requisiti di gestione SoC, dell’alto numero di cicli e dei tempi di risposta lenti.