Non ho intenzione di girarci intorno: gli ultimi anni non sono stati eccezionali per la rete elettrica statunitense, in particolare per quanto riguarda l’affidabilità della rete. Ci sono state interruzioni di corrente rotanti di alto profilo causate da un’ondata di caldo in California (agosto 2020), una tempesta invernale in Texas (febbraio 2021) e un’altra tempesta invernale in Tennessee e North Carolina (dicembre 2022). Per non parlare di tutte le interruzioni di corrente causate da minacce di incendi, uragani e altri eventi meteorologici estremi.
Con così tante interruzioni di corrente recenti, è naturale chiedersi come reggerà la rete mentre il paese elettrizza sempre più la sua economia per ridurre l’inquinamento e combattere il cambiamento climatico. Man mano che sempre più persone passano ai veicoli elettrici e agli edifici elettrificati, diventeremo sempre più dipendenti dall’elettricità per alimentare ancora più aspetti della nostra vita. La rete elettrica dovrà essere molto affidabile affinché questa transizione proceda senza intoppi. E la griglia di oggi non ispira fiducia.
Non sorprende che, con quelle interruzioni di corrente di alto profilo ancora nella memoria recente, gli scettici manchino di fiducia nella capacità della rete di soddisfare la crescente domanda di elettricità mantenendo l’affidabilità durante eventi meteorologici sempre più estremi. Ma il fatto è: la rete è in grado di gestire la crescente domanda dalla ricarica dei veicoli elettrici (EV) (leggi questo). E, se gestiti in modo appropriato, i veicoli elettrici può anche migliorare affidabilità della rete.
Il legislatore della California sta affrontando questo problema frontalmente quest’estate con il Senate Bill 233, che aiuterebbe a integrare i veicoli elettrici con la rete. Tornerò tra un po’ sui dettagli di quel disegno di legge, ma prima esaminiamo come i veicoli elettrici possono aiutare la rete.
Due tipi di ricarica EV
Quando leggi sulla ricarica dei veicoli elettrici, incontri rapidamente molti acronimi confusi come V1G, V2G, V2H, V2B e V2X. Ma per semplificare le cose, ci sono davvero solo due tipi di ricarica per veicoli elettrici che devi capire per capire i modi in cui i veicoli elettrici possono aiutare la rete: ricarica unidirezionale e bidirezionale.
A un livello molto elementare, la ricarica unidirezionale è quando l’elettricità può fluire in una sola direzione: dalla rete elettrica al veicolo. Con la ricarica bidirezionale, l’elettricità può fluire in entrambe le direzioni. Questa distinzione è importante perché la ricarica bidirezionale può produrre molti più vantaggi per la rete elettrica rispetto alla ricarica unidirezionale.
Ricarica unidirezionale
La ricarica unidirezionale può essere gestita per aiutare la rete elettrica in vari modi. L’idea generale è di spostare la ricarica dai periodi con un’elevata domanda di elettricità verso periodi con elettricità abbondante (idealmente rinnovabile). Finora, uno degli strumenti principali per spostare la domanda di ricarica dei veicoli elettrici è stato il tasso di utilizzo, in cui il prezzo che i consumatori pagano per l’elettricità varia in base all’ora del giorno, alla stagione e al giorno della settimana. In California, tutte le grandi utility offrono piani tariffari a tempo di utilizzo che addebitano il massimo per l’utilizzo dell’elettricità nel tardo pomeriggio/sera e il minimo negli altri momenti della giornata. Le tariffe elettriche variabili nel tempo possono anche essere regolate in modo da riflettere le condizioni della rete in tempo reale, che è spesso chiamata tariffazione dinamica. In entrambi i casi, una differenza di prezzo fornisce un incentivo finanziario per i proprietari di veicoli elettrici a ricaricare i propri veicoli al di fuori delle ore di punta della domanda sulla rete elettrica.
Un altro modo per sfruttare i vantaggi della ricarica flessibile dei veicoli elettrici è attraverso programmi di risposta alla domanda che gestiscono automaticamente la ricarica dei veicoli elettrici per alleggerire la tensione sulla rete senza che i proprietari di veicoli elettrici debbano muovere un dito. Sebbene i programmi di risposta alla domanda di veicoli elettrici siano promettenti, sono attualmente agli inizi. Fortunatamente, la risposta alla domanda per altri tipi di carichi (ad esempio i condizionatori d’aria) è ben consolidata ei principi di tali programmi forniscono una base per incorporare i veicoli elettrici nei programmi di risposta alla domanda.
Ricarica bidirezionale
La ricarica bidirezionale, in cui i veicoli possono restituire l’elettricità alla rete elettrica o alimentare un carico elettrico in un determinato sito, offre vantaggi di rete ancora più significativi. Il principale valore aggiunto è che sfruttando la potenza collettiva delle batterie dei veicoli elettrici quando la rete è più in pericolo, nel tardo pomeriggio e la sera quando la domanda è più alta, i veicoli elettrici potrebbero svolgere un ruolo significativo nel mantenere l’affidabilità della rete. A differenza dell’addebito unidirezionale, in cui gran parte del vantaggio della rete può essere realizzato spostando il comportamento di addebito dei clienti attraverso segnali di prezzo variabili nel tempo controllati indirettamente o una risposta alla domanda controllata direttamente, realizzare tutti i vantaggi della rete dell’addebito bidirezionale richiederà quasi certamente programmi automatizzati che coordinino il comportamento di ricarica e scarica dei veicoli elettrici partecipanti.
Immagina: nei giorni più caldi dell’anno con la più alta richiesta di elettricità, i veicoli elettrici partecipanti potrebbero ricevere automaticamente un segnale per scaricare l’energia nella rete elettrica. (E, naturalmente, i proprietari di veicoli elettrici verrebbero pagati per la partecipazione.) Secondo il mio collega, David Reichmuth, la California avrà circa 6,3 milioni di veicoli elettrici leggeri entro il 2030. Se tutti quei veicoli avessero capacità bidirezionali insieme ad apparecchiature di ricarica bidirezionali, i veicoli elettrici potrebbero teoricamente essere una risorsa di rete di 35-45 GW (presupponendo che l’80-100% di questi veicoli elettrici possa fornire ciascuno 7 kW di potenza alla rete). Per mettere questo numero in prospettiva, la più alta domanda di elettricità mai registrata dall’operatore di rete della California è stata di poco superiore a 52 GW, quindi sfruttare la potenza collettiva di solo una piccola frazione delle batterie dei veicoli elettrici potrebbe ancora essere di grande aiuto per la rete.
Sfruttare la ricarica dei veicoli elettrici potrebbe significare ridurre i costi e costruire meno infrastrutture di rete
La rete elettrica è un complesso sistema di generazione, trasmissione e distribuzione di energia, tutto costruito per fornire elettricità ai consumatori. Per decarbonizzare la rete, saranno necessari investimenti sostanziali nella generazione di elettricità pulita, insieme a investimenti proporzionati nell’infrastruttura di trasmissione per fornire tale energia. Allo stesso tempo, per soddisfare la crescente domanda di elettricità da edifici e sistemi di trasporto elettrificati, saranno necessari ancora più aggiornamenti del sistema di generazione, trasmissione e soprattutto distribuzione per fornire energia dove è necessario.
Nel tempo, la ricarica dei veicoli elettrici diventerà un carico elettrico significativo sulla rete. Tuttavia, numerosi studi hanno indicato che, a breve termine, una ricarica unidirezionale ben gestita potrebbe ridurre o eliminare del tutto la necessità di un’ulteriore infrastruttura di generazione e trasmissione per soddisfare la domanda di ricarica dei veicoli elettrici. Questa è una scoperta incoraggiante e fornisce prove importanti del fatto che, se siamo intelligenti, il passaggio ai veicoli elettrici non metterà necessariamente a dura prova la rete.
A lungo termine, c’è ancora tempo per effettuare gli aggiornamenti della rete necessari per ospitare i veicoli elettrici ed è fondamentale pianificare tali aggiornamenti ora. La buona notizia è che i veicoli elettrici in grado di effettuare la ricarica bidirezionale potrebbero effettivamente ridurre la quantità di infrastruttura di rete che sarebbe altrimenti necessaria per mantenere l’affidabilità della rete durante la transizione verso l’elettricità pulita. L’idea è che, invece di costruire ancora più risorse di rete come i sistemi di accumulo di batterie su larga scala, i veicoli elettrici, come piccole batterie mobili sparse in tutto il sistema, potrebbero compensare parte della necessità di tali risorse man mano che la domanda di elettricità cresce attraverso gli usi finali nel corso tempo. I veicoli elettrici possono anche essere in grado di ridurre la dipendenza dalle centrali elettriche a combustibili fossili esistenti, consentendo il ritiro di tali impianti inquinanti. E i veicoli elettrici potrebbero persino ridurre la necessità di investire nell’infrastruttura del sistema di distribuzione (ad esempio, sottostazioni e trasformatori) se siamo in grado di sfruttare la potenza della ricarica bidirezionale.
Uno studio su una rete elettrica del New England profondamente decarbonizzata ha rilevato che, con solo il 23% dei veicoli elettrici che partecipano a programmi di ricarica bidirezionali, questi veicoli elettrici potrebbero ridurre la necessità di costruire un accumulo di batterie su larga scala di quasi 15 GW. Per riferimento, alla fine di marzo 2023, la capacità di accumulo della batteria su scala industriale in tutti gli Stati Uniti ammontava a soli 10,8 GW, quindi 15 GW è una quantità molto significativa che comporterebbe notevoli risparmi sui costi. Lo studio ha anche rilevato che in uno scenario del genere sarebbe necessaria una minore “capacità di generazione costante” (ovvero centrali elettriche a gas), il che significa che ulteriori impianti a gas inquinanti potrebbero essere chiusi. Tutti questi vantaggi con solo il 23% dei veicoli elettrici che partecipano alla ricarica bidirezionale! Non troppo malandato.
I veicoli elettrici non devono essere bidirezionali, ma dovrebbero esserlo
A mio parere, in realtà è piuttosto incredibile quanto potenziale ci sia per la ricarica bidirezionale dei veicoli elettrici per aiutare la rete elettrica.
Ma c’è un problema, grosso: la stragrande maggioranza dei veicoli elettrici non è attualmente in grado di effettuare la ricarica bidirezionale.
Sfortunatamente, stiamo andando verso un futuro in cui avremo milioni di veicoli elettrici in circolazione e, a meno che qualcosa non cambi, non sarà possibile utilizzare la maggior parte di quei veicoli elettrici per aiutare la rete elettrica. È importante che gli esperti e i sostenitori dell’energia pulita si colleghino con le loro controparti nello spazio dei veicoli elettrici, perché possiamo cambiare questa situazione e contribuire a migliorare l’affidabilità della rete.
Ecco perché l’Union of Concerned Scientists sta co-sponsorizzando il disegno di legge della California che ho citato all’inizio, SB 233, che richiederebbe che tutti i nuovi veicoli elettrici siano in grado di effettuare la ricarica bidirezionale a partire dal 2030. Questo disegno di legge garantirebbe che, mentre la California passa ai veicoli elettrici , almeno una parte di tutti i veicoli elettrici su strada sarà bidirezionale.
Questo post si è concentrato sui modi in cui questi veicoli elettrici potrebbero aiutare la rete, ma un altro importante vantaggio è che potrebbero anche essere utilizzati come fonte di alimentazione di riserva quando le luci si spengono. Negli ultimi anni la California ha lottato con blackout rotanti e interruzioni di corrente per la pubblica sicurezza, quindi una fonte pulita di energia di riserva sarebbe molto meglio dei generatori altamente inquinanti a cui le persone hanno fatto ricorso.
Questo disegno di legge metterebbe la California sulla strada verso un futuro in cui i veicoli elettrici potrebbero svolgere un ruolo significativo nel garantire l’affidabilità della rete. Ci vorrà del tempo per introdurre gradualmente i veicoli elettrici e le apparecchiature di ricarica bidirezionali, e ci vorrà anche del tempo per creare i programmi che sfruttano automaticamente i veicoli elettrici per aiutare la rete quando è più stressata. Ecco perché la California ha bisogno di queste politiche adesso.
Di Mark Specht, Energy Manager/Senior Analyst degli Stati occidentali, per gentile concessione di Union of Concerned Scientists, The Equation.
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