Che cos'è una microgrid?

Il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti definisce una microgrid come un insieme di carichi interconnessi e risorse energetiche distribuite all'interno di confini elettrici chiaramente definiti che agisce come un'unica entità controllabile rispetto alla rete.¹ Le microgrid possono funzionare in combinazione con le reti elettriche su larga scala più tradizionali, note come macrogrid, che sono ancorate alle principali centrali elettriche.

Ma poiché le microgrid sono autonome, possono funzionare in "modalità isola", nel senso che funzionano autonomamente e forniscono energia da sole. Di solito sono costituite da diversi tipi di risorse energetiche distribuite (DER), come pannelli solari, turbine eoliche, celle a combustibile e sistemi di accumulo di energia. Le loro risorse per la generazione di energia possono includere anche fonti più tradizionali come generatori diesel e sistemi combinati di calore ed elettricità (CHP) alimentati a gas naturale.

NEllai generazione di elettricità, le microgrid offrono potenziali soluzioni a diverse problematiche associate alla rete elettrica tradizionale. Le microgrid possono:

• Migliorare la resilienza: le microgrid possono ridurre la pressione sulla rete elettrica primaria e fornire energia di riserva durante le interruzioni causate da condizioni meteorologiche estreme o altre interruzioni, garantendo una fornitura energetica affidabile per carichi critici. Questa capacità è importante nelle zone remote con accesso limitato alla rete principale o nelle regioni soggette a interruzioni di corrente o a disastri naturali.
• Aumentare l'efficienza: gestendo le risorse e i carichi energetici locali, le microgrid possono bilanciare in modo efficiente domanda e offerta, ridurre le perdite di trasmissione e consentire la risposta alla domanda, il che significa che consentono aggiustamenti del consumo di energia in risposta ai segnali di prezzo. Ciò può comportare una riduzione dei costi energetici; ad esempio, il passaggio dell'aeroporto internazionale di Pittsburgh a una microgrid solare e di gas naturale ha portato a un risparmio di 1 milione di dollari nel primo anno.² E un'azienda vinicola californiana ha costruito una microgrid basata sull'energia solare fotovoltaica (PV) che ha ridotto le bollette energetiche da 15.000 a 1.000 dollari al mese.³
• Incoraggiare la modernizzazione e la sostenibilità: le microgrid consentono l'integrazione di fonti energetiche rinnovabili nel sistema energetico, il che può ridurre le emissioni complessive di gas serra e contribuire agli obiettivi di energia pulita.

Diverse tecnologie energetiche si collegano per creare una microgrid. Ognuna di esse è composta da diversi componenti chiave:

L'implementazione di una microgrid prevede diverse fasi, tra cui la valutazione della fattibilità, la progettazione, la messa in servizio e il funzionamento. Le considerazioni includono la selezione delle fonti di generazione, il dimensionamento del sistema di accumulo dell'energia, la progettazione del sistema di controllo e il rispetto degli standard di interconnessione.

La tecnologia gioca un ruolo cruciale in questo processo. I sistemi avanzati di controllo delle microgrid utilizzano algoritmi per ottimizzare le operazioni di diverse fonti di energia in tempo reale. Nel frattempo, le tecnologie digitali come i dispositivi Internet of Things (IoT) e la blockchain possono consentire lo scambio di energia peer-to-peer all'interno di una microgrid.

L'installazione e la gestione di progetti di microgrid può comportare delle sfide: gli elevati costi iniziali delle tecnologie di microgrid, come i sistemi di controllo avanzati e l'accumulo di energia, possono scoraggiare i potenziali utilizzatori. Il collegamento di una microgrid con la rete principale richiede un attento coordinamento per garantire la qualità e la sicurezza dell'energia.

Il controller della microgrid, un componente fondamentale del sistema di microgrid, deve gestire e ottimizzare il funzionamento di diverse fonti di alimentazione in tempo reale, il che può essere complesso. Anche gli ostacoli normativi relativi ai diritti di franchising delle utilità, all'accesso alla rete e alle tariffe possono scoraggiarne l'adozione.

Tuttavia, i potenziali vantaggi delle microgrid, tra cui flessibilità, resilienza ed efficienza, le rendono interessanti per molte aziende e comunità alla ricerca di nuovi sistemi di gestione dell'energia. In effetti, gli investimenti nelle microgrid stanno crescendo, e un report suggerisce che il mercato globale potrebbe crescere fino a 55 miliardi di dollari entro il 2032.⁴

Una smart grid è un sistema di alimentazione elettrica avanzato che integra i sistemi di comunicazione e controllo digitali con l'infrastruttura di alimentazione tradizionale per consentire il monitoraggio e la gestione in tempo reale dei flussi di energia. Le smart grid ottimizzano l'uso di fonti energetiche rinnovabili, riducono le emissioni di carbonio e aumentano l'efficienza energetica. Forniscono inoltre ai consumatori un maggiore controllo sul consumo e sui costi energetici attraverso l'uso di contatori intelligenti e sistemi di automazione domestica.

Le tecnologie che supportano le smart grid possono essere utilizzate anche per aumentare l'efficienza nelle microgrid. Una smart microgrid utilizza sensori, sistemi di automazione e controllo per l'ottimizzazione della produzione, dell'accumulo e della distribuzione di energia. Le smart microgrid sono progettate per essere resilienti e affidabili, in grado di rispondere rapidamente ai cambiamenti della domanda o alle interruzioni della fornitura.

Le microgrid offrono soluzioni energetiche per aziende e comunità che cercano una maggiore sostenibilità. Possono integrare perfettamente fonti di energia rinnovabile come l'energia solare, eolica e idroelettrica. Sostengono inoltre l'elettrificazione dei trasporti (ad esempio, fornendo infrastrutture di ricarica per veicoli elettrici). Ciò riduce la dipendenza dai combustibili fossili, contribuendo a ridurre le emissioni di gas serra e il cambiamento climatico.

Generando energia più vicino alla fonte di consumo, le microgrid riducono la perdita di energia che si verifica solitamente durante la trasmissione a lunga distanza. Inoltre, possono gestire meglio la risposta alla domanda, riducendo il carico nelle ore di punta o spostandolo in quelle non di punta. Insieme, questi attributi portano a un uso più efficiente dell'energia generata.

Oltre ai benefici ambientali derivanti da un approvvigionamento energetico rinnovabile ed efficiente, le microgrid possono stimolare le economie locali. Possono creare posti di lavoro nei settori dell'edilizia, delle operazioni e della manutenzione, aiutando le comunità a prosperare.