Pubblicato: 9 Giugno 2024
Contributori: Alexandra Jonker, Alice Gomstyn
La generazione distribuita (DG) si riferisce alla generazione di energia elettrica effettuata da sistemi energetici su piccola scala installati vicino al consumatore di energia. Questi sistemi sono chiamati risorse energetiche distribuite (DER) e solitamente includono pannelli solari, piccole turbine eoliche, celle a combustibile e sistemi di accumulo di energia .
Le centrali elettriche centralizzate convenzionali richiedono che l'energia elettrica percorra lunghe distanze su linee di trasmissione complesse. I sistemi di generazione distribuita sono decentralizzati e richiedono poco o nessun trasporto di energia a lunga distanza. I sistemi DG possono alimentare singole abitazioni e aziende. Possono anche connettersi a una microgrid, che è una rete su piccola scala che alimenta un'area localizzata, come un'università, un ospedale o una base militare.
La generazione distribuita aiuta a rafforzare la resilienza della rete, a ridurre l'impatto ambientale della produzione di elettricità e ad aumentare l'efficienza energetica. È anche nota come generazione dispersa o generazione in loco.
Le risorse energetiche distribuite comprendono una gamma di tecnologie di generazione di energia e sistemi di stoccaggio. Possono funzionare sia con fonti di energia rinnovabili che con combustibili fossili. Alcuni esempi comuni sono:
Le microturbine sono piccoli motori a combustione che funzionano con biogas, gas naturale, propano e altre fonti di combustibile. La maggior parte produce tra i 15 e i 300 kilowatt di elettricità.
Le celle a combustibile generano elettricità attraverso un processo termochimico che utilizza comunemente l'idrogeno. Le celle a combustibile a idrogeno possono essere utilizzate nei veicoli elettrici e si trovano nelle centrali elettriche.
Il solare fotovoltaico sfrutta l'effetto fotovoltaico, la generazione di tensione in seguito all'esposizione all'energia solare, per creare elettricità. Un pannello solare è un esempio comune di sistema fotovoltaico.
Le turbine eoliche DER sono note anche come eolico distribuito. Gli impianti eolici distribuiti variano in termini di dimensioni e capacità di generazione di energia elettrica. Possono variare da meno di 1 kilowatt a 100 kilowatt.
Conosciuta anche come cogenerazione, la cogenerazione è la produzione simultanea di elettricità e calore da un'unica fonte energetica. Le tecnologie CHP possono funzionare sia con combustibili fossili, come il gas naturale, sia con combustibili basati su energie rinnovabili, come la biomassa.
Sebbene non sia così comune come le altre risorse energetiche distribuite, l'energia idroelettrica distribuita sta guadagnando terreno. La maggior parte delle centrali idroelettriche convenzionali sono grandi e centralizzate, ma le nuove tecnologie stanno sfruttando gli abbondanti corsi d'acqua della Terra per rendere l'energia idroelettrica scalabile e più facile da distribuire dove è necessaria l'energia.
I sistemi di accumulo di energia a batteria (BESS) ricevono e immagazzinano energia dai DER per un uso successivo. Sono fondamentali per prevenire le interruzioni quando si fa affidamento su fonti energetiche rinnovabili intermittenti.
I veicoli elettrici possono funzionare come risorse energetiche distribuite quando sono collegati alle stazioni di ricarica. Attraverso la tecnologia vehicle-to-grid (V2G), l'energia inutilizzata immagazzinata nella batteria del veicolo elettrico può essere immessa in una rete elettrica.
I meccanismi di compensazione energetica premiano i produttori di energia per la generazione di energia autoconsumata o per la restituzione della propria energia alla rete elettrica. Sono tra i vari incentivi che aiutano a compensare l'elevato investimento iniziale dei sistemi di generazione distribuita. I meccanismi che compensano i produttori con sistemi di energia rinnovabile ad alto valore possono anche sostenere un'ulteriore produzione di energia pulita e la decarbonizzazione.1
Esistono tre principali meccanismi di compensazione dell'energia per la generazione distribuita:
Questo meccanismo attribuisce ai proprietari dei sistemi della DG l'energia in eccesso che esportano nella rete. I proprietari possono quindi utilizzare questi crediti per consumare l'elettricità in qualsiasi momento, non solo mentre viene generata. Questo rende la misurazione della rete particolarmente interessante per i proprietari di sistemi di generazione di energia intermittenti, come pannelli solari o turbine eoliche, che si basano sulle giuste condizioni meteorologiche.
I FiT sono incentivi basati sulle prestazioni che garantiscono ai produttori di energia prezzi superiori a quelli di mercato per l'energia che generano e forniscono alla rete. Si tratta di contratti a lungo termine generalmente concepiti per incoraggiare la diffusione delle tecnologie per le energie rinnovabili. Hanno guadagnato popolarità come supporto per gli impianti solari fotovoltaici negli Stati Uniti e per i parchi eolici in Germania e Danimarca.2
Un PPA è un contratto a lungo termine tra i produttori di energia e gli acquirenti di energia. Questo contratto definisce il prezzo che i fornitori ricevono per ogni megawattora (MWh) di energia generata da un asset energetico, più comunemente un asset di energia rinnovabile. I PPA offrono una certezza del flusso di cassa a lungo termine per i progetti di generazione di energia e consentono ai proprietari di sistemi di generazione distribuita di usufruire di crediti fiscali.
Sebbene i sistemi energetici di generazione distribuita possano essere fuori rete, possono anche essere collegati alle reti energetiche locali attraverso l'interconnessione. L'interconnessione richiede tecnologie di supporto come gli inverter, che convertono l'elettricità in corrente continua (CC) in corrente alternata (CA). Le DER, come il solare fotovoltaico e le turbine eoliche, generano elettricità di corrente continua, mentre la maggior parte della trasmissione e della distribuzione dell'energia avviene attraverso l'elettricità di corrente alternata.
Tuttavia, esistono delle sfide associate all'interconnessione. La maggior parte dei sistemi di distribuzione dell'elettricità non è stata progettata per un flusso bidirezionale. Si tratta del flusso di elettricità dalle centrali elettriche situate in posizioni centrali ai consumatori e del flusso di elettricità dalle DER di proprietà dei consumatori alla rete. Pertanto l'interconnessione può creare congestione della rete e aumentare il rischio di blackout. Le tecnologie smart grid, le infrastrutture di misurazione avanzate (AMI), le previsioni di carico e il coordinamento tra regolatori, gestori di rete e consumatori possono contribuire ad affrontare queste sfide.
La generazione distribuita offre diversi vantaggi ai consumatori di energia, ai produttori e all'ambiente:
Il cambiamento climatico ha aumentato la frequenza di eventi meteorologici estremi e disastri naturali, che possono causare interruzioni di corrente e disservizi. Le risorse energetiche distribuite migliorano la resilienza del sistema di alimentazione come opzioni di backup per la generazione di energia. Le DER offrono inoltre flessibilità alla rete in quanto vengono aggiunte più fonti di energia rinnovabile, contribuendo a fornire fonti di energia di riserva quando la generazione di energia rinnovabile è imprevedibile e intermittente.
La trasmissione di energia può ridurre la piena capacità di generazione delle centrali elettriche e di altri sistemi di generazione di energia. Questo può essere ampiamente evitato avvicinando il sistema di generazione al consumatore con le DER. Inoltre, le DER e le microreti sono più flessibili e reattive alla domanda e all'offerta di energia.
I costi dell'energia sono volatili, soggetti a disastri naturali, condizioni di mercato e geopolitiche. L'energia distribuita è solitamente meno influenzata da questi fattori di prezzo e può inoltre beneficiare di crediti e compensazioni fiscali. Inoltre, l'implementazione di DER in luoghi ad alto carico consente alle aziende elettriche di ritardare la costruzione di nuovi sistemi di generazione di energia (o di ammodernare quelli attuali). Questo può ridurre i costi del servizio elettrico per l'intero sistema.
L'energia proveniente dalla generazione distribuita non è necessariamente energia rinnovabile. Tuttavia, la DG può svolgere un ruolo nella promozione dei progetti di energia rinnovabile e degli obiettivi di sostenibilità. Inoltre, i sistemi energetici vicini ai consumatori possono ridurre gli impatti ambientali del trasporto di energia (come le emissioni e la distruzione degli ecosistemi).
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La previsione del carico è il processo di previsione della quantità di elettricità necessaria in un dato momento e di come tale domanda influenzerà la rete pubblica.
L'energia solare è una fonte di energia rinnovabile che utilizza le particelle di luce solare (fotoni) per produrre energia.
L'energia eolica è un tipo di energia rinnovabile che sfrutta la potenza cinetica del vento per generare energia elettrica.
Le microgrid sono reti elettriche su piccola scala che funzionano in modo indipendente per generare elettricità per un'area localizzata, come un campus universitario, un complesso ospedaliero o una base militare.
La capacità di immagazzinare energia può ridurre l'impatto ambientale della produzione e del consumo di energia e facilitare l'espansione dell'energia pulita e rinnovabile.
Un PPA è un contratto a lungo termine che definisce il prezzo che un fornitore di energia riceve per ogni megawattora di energia generata da un asset di energia rinnovabile.
Note a piè di pagina
1 "Energy Compensation Mechanisms for Distributed Generation" (link esterno a ibm.com), The National Renewable Energy Laboratory.
2 "Feed-in tariff: A policy tool encouraging deployment of renewable electricity technologies" (link esterno a ibm.com), U.S. Energy Information Administration, 30 maggio 2013.