Il settore delle energie rinnovabili è in continua e rapida crescita a livello globale. Tuttavia, l'infrastruttura dei sistemi di alimentazione nei vari Paesi affronta sfide specifiche a seconda della fase di sviluppo. I sistemi di accumulo di energia (ESS) sono sempre più utilizzati in numerosi scenari. Con la crescente diffusione dell'energia solare ed eolica, nel lungo periodo le tecnologie grid-forming diventeranno una scelta fondamentale e inevitabile per l'evoluzione dei sistemi di alimentazione in tutto il mondo.
La soluzione di accumulo di energia grid-forming FusionSolar di Huawei, lanciata in passato, è già stata implementata nel Mar Rosso, in Medio Oriente, e combina 400 MW di capacità fotovoltaica e 1,3 GWh di accumulo . Si tratta della più grande microgrid al mondo 100% rinnovabile PV+ESS. Opera con stabilità da più di 21 mesi e ha erogato finora oltre 1 miliardo di kWh di elettricità pulita. Il sistema è stato utilizzato anche in Germania, Bulgaria, Filippine e Cina, a conferma dell'impegno di Huawei nel portare i propri prodotti e servizi in tutto il mondo.
Quest'anno Huawei ha organizzato una cerimonia per presentare la propria "strategia FusionSolar" e lanciare la nuova generazione di sistemi di accumulo di energia a stringa intelligente grid-forming. Steven Zhou, Smart PV & ESS Product Line President di Huawei Digital Power, ha parlato della strategia FusionSolar, delle opportunità offerte dalla transizione energetica e delle due caratteristiche chiave della nuova piattaforma di sistemi di accumulo energia.
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La strategia FusionSolar
In merito alla strategia FusionSolar, Zhou l'ha descritta come l'integrazione delle tecnologie "4T (bit, watt, calore e batteria) per sviluppare l'infrastruttura energetica dei nuovi sistemi di alimentazione". Grazie all'integrazione avanzata di queste tecnologie, Huawei ha creato un'innovativa piattaforma di sistemi di accumulo di energia a stringa intelligente grid-forming. Zhou ha evidenziato tre proposte di valore chiave alla base dell'approccio:
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Grid-forming per tutti gli scenari: la tecnologia grid-forming viene applicata alla generazione, alla trasmissione, alla distribuzione e al consumo di energia per garantire la stabilità a lungo termine dei nuovi sistemi di alimentazione.
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Sicurezza dalla cella alla rete: per ogni fase vengono implementate misure di sicurezza che garantiscono la sicurezza di apparecchiature, personale e risorse.
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Soluzione “One-Fits-All”: la piattaforma di gestione collaborativa PV+ESS basata su AI può adattarsi a vari modelli aziendali per implementare la previsione della resa energetica e l'ottimizzazione automatica dei criteri operativi.
La nuova strategia ESS presenta due nuove caratteristiche fondamentali: l'adozione dell'architettura a stringa e la capacità di offrire una soluzione grid-forming completa.
Adozione dell'architettura a stringa
Si tratta di un aspetto particolarmente rilevante, considerando che, come sottolinea Zhou, il settore energetico globale sta attraversando una fase di rapidi cambiamenti, sia per quanto riguarda il ruolo sempre più centrale dell'accumulo, sia per gli elevati standard a cui tali sistemi devono rispondere.
"La tecnologia di accumulo sarà sempre più diffusa in futuro, se intendiamo realizzare la transizione verso un sistema di alimentazione rinnovabile", ha spiegato Zhou. "Essendo dispositivi elettrochimici, le celle mostrano naturalmente delle differenze legate alle materie prime, e alla produzione, alle condizioni di temperatura d'esercizio e ad altri fattori. Le prestazioni complessive di un sistema di accumulo energia sono quindi vincolate dalla cella più debole."
"Anche una sola cella che funziona al di sotto delle aspettative o è degradata può causare una deriva termica e mettere a rischio la sicurezza dell'intero sistema. Per questo motivo, gestire le differenze tra le celle durante l'intero ciclo di vita non è solo importante, ma essenziale. Huawei ha mantenuto un impegno costante nell'innovazione basata sulla stringa intelligente. Nel 2013 abbiamo introdotto per primi l'applicazione degli inverter a stringa intelligente in impianti solari per uso da parte di gestori, guidando così lo sviluppo del settore. Al 2024 la quota di mercato globale degli inverter di stringa è cresciuta dal 18% al 73%. L'architettura a stringa è stata estesa anche ai sistemi di accumulo energia, dal primo sistema a stringa intelligente per il residenziale fino ai settori commerciale e industriale (C&I) e dei gestori. Per questo motivo, quest'anno abbiamo lanciato la strategia basata su sistemi di accumulo grid-forming a stringa intelligente, accelerando il raggiungimento dell'obiettivo di un sistema di alimentazione 100% rinnovabile.
Nella più recente piattaforma di sistema di accumulo energia grid-forming a stringa intelligente, l'ottimizzatore a livello di gruppo gestisce il sistema con una precisione notevolmente migliorata. In un tipico sistema da 5 MWh, l'unità minima di controllo corrisponde a un gruppo composto da 104 celle, a fronte di altri sistemi con circa 5.000 celle. Zhou ha sottolineato: "I nostri test confermano che questa architettura a stringa garantisce un output energetico in termini di vita utile superiore del 10% rispetto alle soluzioni convenzionali."
Soluzione grid-forming completa
"Huawei offre una soluzione integrata, composta da sistema di accumulo energia grid-forming a stringa intelligente, PCS a stringa intelligente, Smart Transformer Station, Smart Array Controller e Smart Energy Management System", ha dichiarato Zhou.
Una soluzione grid-forming completa garantisce un coordinamento approfondito di ciascun dispositivo del sistema tramite protocolli e algoritmi ben definiti. È in grado di rilevare con precisione le variazioni di frequenza in millisecondi e ottenere una rapida risposta di regolazione della frequenza a livello di impianto. Inoltre, assicura un'elevata disponibilità del sistema, una solida garanzia per il funzionamento stabile del sistema di alimentazione.
Sfruttando la sua esperienza nei settori del fotovoltaico e dei sistemi di accumulo energia, in particolare per le tecnologie grid-friendly e grid-forming, Huawei Digital Power propone la tecnologia con sistema di accumulo grid-forming a stringa intelligente e definisce gli standard fondamentali delle capacità grid-forming: un sistema di accumulo energia grid-forming dovrebbe avere capacità grid-forming per tutti gli scenari, per tutte le condizioni di rete e per l'intero ciclo di vita della generazione, trasmissione, distribuzione e consumo di energia.
Zhou ha poi evidenziato sei componenti grid-forming utility-scale delle soluzioni offerte dall'azienda:
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Livello di cortocircuito: corrente di cortocircuito da 1x a 6x
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Inerzia: costante di tempo di inerzia da 0 s a 20 s, con azione entro 5 ms
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Regolazione della frequenza primaria: tempo di risposta a livello di impianto inferiore a 200 ms
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Smorzamento delle oscillazioni di potenza: smorzamento di oscillazioni a banda larga tra 0,1 e 100 Hz
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Black start: black start di un impianto di livello GWh in pochi minuti
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Commutazione in rete/non in rete: commutazione continua in modalità VSG
"Sfruttando queste sei capacità, il sistema grid-forming a stringa intelligente di Huawei può garantire un grid-forming stabile 24 ore su 24, 7 giorni su 7, indipendentemente dal SOC, dall'SCR di cortocircuito della rete e dall'evoluzione futura dell'architettura energetica", ha proseguito Zhou. "Offre un supporto affidabile al sistema di alimentazione e si adatta a diversi modelli aziendali."
Dal punto di vista della generazione, la soluzione può essere adattata a qualsiasi rete e l'energia può essere trasmessa in modo stabile. Le funzioni di controllo della tensione, della frequenza e dell'angolo di potenza e gli effetti applicativi sono equivalenti a quelli dei condensatori sincroni. Il sistema di accumulo energia grid-forming è caratterizzato da una manutenzione semplice e da un investimento ridotto nell'intero ciclo di vita.
Sul lato della trasmissione e della distribuzione, la soluzione stabilizza la tensione e la frequenza, supporta il black start e attenua la debolezza dell'alimentazione nei centri di carico. Il mercato dell'energia elettrica si sta espandendo dai mercati dell'energia e della capacità ai mercati dei servizi ausiliari, come quelli per la potenza reattiva e l'inerzia. La tecnologia del sistema di accumulo energia grid-forming a stringa intelligente di Huawei è una soluzione "one-fits-all", ovvero una piattaforma unica, adattabile a diversi modelli aziendali e che supporta un'evoluzione flessibile.
Dal punto di vista dei consumi, la commutazione on/off-grid senza interruzioni e il funzionamento stabile off-grid consentono di realizzare microgrid alimentate al 100% da fonti rinnovabili.
Questo approccio è già stato implementato nella più grande microgrid al mondo con PV+ESS, il progetto del Mar Rosso in Arabia Saudita. Questa microgrid fornisce elettricità 100% rinnovabile da oltre 21 mesi, con oltre 1 miliardo di kilowattora di energia rinnovabile erogata. La tecnologia grid-forming con FV e sistema di accumulo energia di Huawei ha garantito un'alimentazione continua e stabile per carichi critici come aeroporti e hotel, raggiungendo un'affidabilità del 99,9%.
Protezione di alto livello da cella a rete
La sicurezza dei sistemi di accumulo energia richiede una protezione elevata dalla cella alla rete. A livello di cella, Huawei seleziona celle di batterie fornite da produttori leader del settore e le sottopone a test rigorosi. Durante la produzione e l'esercizio vengono utilizzate tecnologie di intelligenza artificiale per identificare e monitorare preventivamente eventuali rischi per la sicurezza. A livello di gruppo, sono integrate tecnologie come raffreddamento ultra-rapido, protezione con isolamento termico e barriera all'ossigeno a pressione positiva per impedire la propagazione di derive termiche. A livello di container, ogni rack è progettato con un condotto di evacuazione direzionale per garantire che il gas combustibile venga scaricato dal gruppo nel percorso più breve e non si accumuli nel container. A livello di sistema e rete, l'architettura a doppio stadio impedisce che, durante eventi di passaggio ad alta tensione, la corrente inversa raggiunga le batterie, prevenendo così eventuali derive termiche.
"La qualità è la nostra priorità strategica, che garantiamo grazie a processi rigorosi e meccanismi ben definiti. Per la sicurezza dei sistemi di accumulo energia, continueremo a perseguire l'obiettivo di passare dall'assenza di propagazione del fuoco alla sola emissione di fumo e dall'isolamento automatico dei guasti alla capacità di recupero del sistema", ha concluso Zhou.
Una presenza globale
Alla domanda sulla presenza di Huawei nei diversi mercati mondiali, Zhou ha citato due esempi europei per illustrare il successo dell'azienda.
"Nei Paesi Bassi, i sistemi di accumulo energia e quelli per il settore commerciale e industriale sono molto diffusi e altamente richiesti dal mercato", ha spiegato Zhou. "Per i complessi industriali che desiderano aumentare la produzione, spesso la capacità elettrica disponibile nei punti di connessione non è sufficiente. Questo è un grande cambiamento."
"In Germania, la situazione è piuttosto diversa dal momento che il nord del Paese dispone di impianti di dimensioni maggiori e l'obiettivo è trasferire l'energia elettrica prodotta nel nord al sud; c'è una forte domanda per quanto riguarda la generazione da fonti rinnovabili", ha aggiunto Zhou. Negli ultimi anni, in Europa si è registrato un crescente interesse verso nuovi sistemi di accumulo energia, con 11,9 GW di nuova capacità installata nel 2024, e Germania e Italia in testa per incremento di capacità.
"La Germania, inoltre, ha obiettivi molto ambiziosi", ha aggiunto Zhou, sottolineando come l'accumulo possa assumere un ruolo maggiore nel soddisfare la domanda energetica all'interno di un mix energetico in evoluzione.
"La Germania ha dismesso tutte le centrali nucleari nel 2023 e prevede di chiudere anche le centrali a carbone, una sfida significativa per la stabilità della rete di trasmissione e distribuzione. Per affrontare questa situazione, è stato il primo Paese ad aggiornare i codici di rete in modo da includere le tecnologie grid-forming e intende creare mercati specifici per i servizi di inerzia e black start tramite appalti pubblici. Le soluzioni grid-forming di Huawei offrono prestazioni superiori. Non solo soddisfano gli standard tecnici per i servizi di black start e regolazione della frequenza previsti in Germania, ma superano anche i generatori convenzionali. Con vantaggi come l'attivazione black start in pochi minuti e la risposta in frequenza in millisecondi, la nostra tecnologia apre la strada all'abbandono graduale degli impianti tradizionali garantendo al contempo la stabilità della rete."
