Una delle grandi sfide che le società di servizi pubblici statunitensi devono affrontare è che la domanda di elettricità non è costante. Invece, va su e giù, generalmente scendendo nelle ore notturne e aumentando durante il giorno, specialmente nelle giornate calde quando i residenti stanno alzando l'aria condizionata nelle loro case.
Le società elettriche che forniscono l'energia elettrica devono essere in grado di far fronte a tali fluttuazioni e soddisfare il picco della domanda. Tradizionalmente, ciò richiedeva loro di costruire molti costosi impianti di generazione di carbone, gas o elettricità nucleare , oppure di acquistare energia da altri fornitori quando ne avevano bisogno.
Ma al giorno d'oggi, alcune società di servizi pubblici stanno cercando una soluzione meno costosa e potenzialmente più rispettosa dell'ambiente. Stiamo parlando di centrali elettriche virtuali.
Che cos'è una centrale elettrica virtuale?
Le centrali elettriche virtuali aggregano più piccole fonti di elettricità, come pannelli solari, turbine eoliche e persino batterie di accumulo residenziali, che sono distribuite in luoghi diversi in un'area, in modo che possano agire come se fossero una centrale elettrica convenzionale e bilanciare l'energia carichi di rete o spostare l'alimentazione dove è più necessaria per l'affidabilità. Le varie unità sono spesso collegate tramite un sofisticato sistema software che segnala quando è necessario aumentare o diminuire la produzione di energia e indirizza dove l'energia deve andare.
Nel 2021, ad esempio, Green Mountain Power, un'innovativa utility con sede nel Vermont, ha annunciato un piano per creare una centrale elettrica virtuale che utilizzerà una rete di batterie di backup Tesla Powerwall nelle case dei clienti. Con l'aiuto del software di Customized Energy Solutions (CES), l'elettricità immagazzinata nelle batterie Tesla può essere reimmessa nel sistema di rete regionale quando necessario per garantire un flusso di elettricità costante e regolato ai clienti. Come riportato da Cnet.com nel marzo 2022, i clienti ottengono una fonte di energia di riserva in caso di interruzione di corrente, mentre l'utilità ottiene una fonte di elettricità a cui può attingere ogni volta che la domanda raggiunge picchi.
"Questo progetto non sarebbe possibile senza le grandi partnership che abbiamo con i nostri clienti nel programma Powerwall", ha affermato in un comunicato stampa Mari McClure, presidente e CEO di Green Mountain Power . "Questo progetto pilota è unico e importante perché si basa sulla nostra innovazione e collaborazione esistenti per apportare modifiche significative alle funzioni essenziali della rete riducendo le emissioni di carbonio, aumentando le prestazioni e abbassando i costi".
SunPower Corp., un fornitore di tecnologia solare, ha anche annunciato nel novembre 2021 di aver lanciato la propria centrale elettrica virtuale. Il nuovo sistema consente ai clienti di Eversource e National Grid in Massachusetts, Rhode Island e Connecticut che dispongono di batterie di accumulo SunVault di essere pagati per consentire alle utility di utilizzare l'energia immagazzinata durante i periodi di picco della domanda.
Vantaggi delle centrali elettriche virtuali
In un certo senso, le centrali elettriche virtuali sono analoghe ai sistemi di grid computing , in cui le reti di computer possono condividere risorse e persino combinare la loro capacità di svolgere compiti, secondo Bill Schofield . È vicepresidente di Future-Grid Services per CES, un'azienda con sede a Filadelfia che fornisce consulenza e servizi a una varietà di società nel settore dell'energia, compresi i produttori di energia solare ed eolica. Uno dei clienti di CES è Green Mountain Power.
"[Le centrali elettriche virtuali sono] distribuite ... batterie o piccole centrali elettriche e generatori di backup locali", spiega Schofield. "[È un] concetto molto simile all'utilizzo della connettività Internet per connettere molte piccole risorse che possono svolgere collettivamente lo stesso lavoro di una grande centrale elettrica".
La natura decentralizzata delle centrali elettriche virtuali le rende potenzialmente più resilienti in seguito a condizioni meteorologiche estreme o altri disastri.
"Diciamo che un tornado attraversa un'area e abbatte la linea di trasmissione di una grande centrale elettrica. Perdi tutta quella potenza. Giusto?" dice Schofield. "Ma se hai una centrale elettrica virtuale, dove ha molte poche risorse sparse ovunque, un tornado potrebbe eliminare il 10 percento della centrale elettrica virtuale, ma l'altro 90 percento è ancora lì e disponibile".
Le centrali elettriche virtuali sono vantaggiose per le reti anche in altri modi, incluso il supporto della tensione. Un fattore cruciale per una rete elettrica affidabile è il mantenimento della tensione entro livelli accettabili; in caso contrario, le apparecchiature possono essere danneggiate, potrebbero verificarsi interruzioni di corrente, ecc. Ma la tensione varia nella rete e su ciascuna interfaccia (sottostazioni, trasformatori, ecc.), è necessario mantenere la tensione corretta.
Con una centrale elettrica virtuale, ce ne sono meno. "Hai molte piccole risorse situate vicino o nello stesso luogo in cui viene utilizzata l'elettricità", spiega Schofield. "Non è necessario costruire linee di distribuzione o di trasmissione così grandi per mantenere la tensione corretta".
L'energia rinnovabile è fondamentale
Un altro vantaggio delle centrali elettriche virtuali è che rendono più facile regolare le fonti di energia rinnovabile e ottenere il tipo di controllo sulla quantità di elettricità che entra nella rete che avrebbe un impianto elettrico convenzionale a combustibili fossili.
"Una centrale elettrica virtuale può includere, ancora una volta, piccole batterie per il generatore di riserva, ma può anche, in termini generali, includere quella che viene chiamata 'risposta alla domanda'", afferma Schofield.
Un'utilità con una centrale elettrica virtuale può inviare messaggi ai clienti per rifiutarne l'utilizzo in determinati orari, offrendo eventualmente un buono regalo per un ristorante locale come incentivo. Nelle parti del paese in cui le utility acquistano elettricità da vari fornitori, le centrali elettriche virtuali potrebbero aiutare le società di servizi pubblici a rispondere al prezzo di mercato dell'elettricità.
Indirettamente, questi incentivi possono aiutare a facilitare le fonti di energia rinnovabile come l'eolico e il solare, afferma Schofield. Poiché sono variabili, il che significa che il sole smette di splendere e il vento smette di soffiare, la quantità di elettricità che forniscono deve essere adattata alla capacità che possono ospitare. Tradizionalmente, il saldo è compensato dai fornitori di combustibili fossili .
"Una centrale elettrica virtuale ha lo scopo di funzionare allo stesso modo, o di fornire lo stesso tipo di servizi che può offrire una grande centrale elettrica", dice Schofield, "e per essere spedibile, il che significa che posso comunicarle e dirle di fare qualcosa di diverso . La rampa di salita o di discesa fa parte del valore."
Interagendo con i consumatori e reclutandoli per aiutare nella gestione del consumo energetico, le centrali elettriche virtuali potrebbero svolgere un ruolo nella risoluzione di uno dei problemi di lunga data del settore dei servizi pubblici: il picco di utilizzo.
"Una significativa maggioranza del costo della fornitura di elettricità è solo per gestire quei giorni di punta", afferma Schofield. "Se riesci a convincere i consumatori di tutti i tipi a utilizzare il loro consumo in questi modi, magari lavarsi i denti con uno spazzolino normale invece che elettrico... allora puoi togliere un sacco di costi dal sistema. E puoi anche prendere non c'è molto bisogno di bruciare combustibili fossili. Ma questo è storicamente molto difficile, perché ... la persona media non si arrecherà molti disagi".
Ma dice anche che sta cambiando. Le generazioni più giovani sono più consapevoli della sostenibilità e tutti hanno uno smartphone. Forse un giorno riceverai un avviso sul telefono che dice "Avviso di consumo elettrico. Per favore abbassa il termostato". E se lo fai guadagnerai punti incentivi. Vorresti?
Schofield dice che potresti. "La maggior parte delle persone vogliono fare una buona cosa perché in realtà stanno pagando un prezzo fisso e il costo effettivo per loro di consumare quell'elettricità è piuttosto piccolo", dice. "Ma se fai in modo che migliaia di persone rispondano, allora quel piccolo si aggiunge a qualcosa di significativo".
Ora è interessante
L' Agenzia internazionale per l'energia prevede che la domanda globale di elettricità aumenterà di 2,5 volte entro il 2050 e richiederà 14 trilioni di dollari in aggiornamenti alle reti elettriche mondiali per far fronte.
