Questa tecnologia sta ridefinendo il rapporto tra mobilità e produzione energetica: il caso di New York e l'impatto concreto in Europa
Le auto elettriche non solo come strumenti di mobilità, ma anche sistemi di accumulo energetico mobile. Si chiama Vehicle to Grid, V2G, la tecnologia che permette ai veicoli elettrici non solo di prelevare energia dalla rete elettrica per ricaricare le proprie batterie, ma anche di cedere energia alla rete. Le BEV di nuova generazione sono concepite con questa doppia finalità, che rende il sistema energetico sempre più efficiente. E con meno sprechi.
Quando parcheggiamo la nostra auto elettrica e la colleghiamo ad una stazione di ricarica bidirezionale, può sia ricaricarsi, prelevando energia dalla rete, che restituire energia alla rete quando c’è un surplus di produzione, ad esempio da fonti rinnovabili, o nei momenti di picco della domanda. In questo modo contribuisce a stabilizzare il sistema elettrico.
In questo studio sul V2G dal titolo “Una revisione completa dell’integrazione veicolo-rete nei veicoli elettrici: alimentare il futuro” viene fatta un’analisi della letteratura scientifica sull’argomento, di cui si hanno le prime ricerche già a partire dagli anni Settanta.
“L’integrazione V2G è un concetto rivoluzionario nel campo dell’energia e dei trasporti, poiché i veicoli elettrici e la rete elettrica si fondono. Questo paradigma offre una nuova visione dell’utilizzo dell’energia veicolare in cui i veicoli elettrici si integrano perfettamente con la rete elettrica, trascendendo la loro natura di veicoli” si legge nell’introduzione dello studio.
Ricerca sul V2G in piena evoluzione
Lo studio in questione ha esaminato oltre 21.500 articoli inizialmente incentrati sul “trasporto urbano ecologico”. Dopo un’accurata selezione e affinamento, sono rimasti quasi 16.500 articoli per la valutazione. Nonostante una delle limitazioni sia stata l’analisi della sola letteratura in lingua inglese, la ricerca ha rivelato un aumento significativo degli articoli scientifici sul V2G, in particolare dopo il 2000. L’analisi delle citazioni per nazione indica che Stati Uniti e Cina sono i Paesi leader nella ricerca sulla tecnologia V2G.
Urgenza del V2G oggi
L’urgenza di arginare il cambiamento climatico, riducendo l’impronta di carbonio, ha reso l’integrazione V2G un attore chiave nella transizione verso soluzioni energetiche sostenibili. Già nelle prime ricerche sui veicoli elettrici, l’autonomia delle batterie era (e lo è tuttora) una preoccupazione significativa, ma solo con l’attenzione globale verso le rinnovabili e la modernizzazione delle reti, il potenziale delle EV come risorse energetiche mobili ha acquisito importanza. Oggi il V2G può fare la differenza. E rappresenta un vero e proprio cambiamento concettuale, inaugurando un’era in cui contribuiscono attivamente alla stabilità e alla resilienza della rete elettrica.
Come funziona il V2G?
Il cuore del sistema V2G è un inverter di potenza bidirezionale, che gestisce il flusso di energia in entrambe le direzioni tra la batteria del veicolo e la rete. Il proprietario del veicolo può impostare parametri, come il livello minimo di carica da preservare, garantendo che l’auto sia sempre pronta all’uso quando necessario. I gestori della rete, o le aziende che offrono servizi V2G, possono poi gestire in modo intelligente la carica/scarica dei veicoli per ottimizzare l’equilibrio energetico.
Principali componenti del sistema V2G
Il sistema Vehicle to Grid si basa su diversi componenti chiave, che lavorano in sinergia per gestire i flussi energetici in modo bidirezionale.
1. Auto elettrica con batteria bidirezionale
Non tutte le auto elettriche sono compatibili con il V2G, ma quelle che lo sono devono avere la batteria ad alta tensione, che è l’unità di accumulo, il sistema di gestione BMS che monitora lo stato di carica e le operazioni V2G, un controller di bordo sull’auto.
2. Stazione di ricarica bidirezionale
La colonnina di ricarica deve essere V2G, cioè consentire lo scambio di energia.
- Inverter bidirezionale: Converte la corrente continua della batteria del veicolo in corrente alternata per la rete e viceversa.
- Controller della stazione di ricarica: Gestisce il processo di carica e scarica, comunica con il veicolo e con la rete.
- Sistema di misurazione dell’energia: Misura con precisione l’energia scambiata tra il veicolo e la rete per fini di fatturazione e monitoraggio.
3. Sistema di Gestione Energetica
Questo è il “cervello” software che coordina le operazioni V2G su larga scala.
- Software di controllo: Un sistema centralizzato che monitora la domanda e l’offerta di energia nella rete, i prezzi dell’elettricità, la disponibilità dei veicoli collegati e le preferenze dei proprietari.
- Piattaforma di aggregazione: Gestisce una “flotta virtuale” di veicoli V2G, raggruppando la loro capacità di accumulo per offrire servizi alla rete elettrica su scala maggiore.
4. Smart Grid
Per sfruttare appieno il potenziale del V2G, la rete elettrica deve essere smart.
- Sensori e sistemi di monitoraggio: Rilevano in tempo reale le condizioni della rete (es. domanda, frequenza, tensione).
- Sistemi di comunicazione: Permettono uno scambio di dati rapido e affidabile tra le colonnine V2G, gli EMS e i gestori di rete.
- Software di gestione della rete: I gestori di rete utilizzano questi software per integrare i servizi forniti dai veicoli V2G nel bilanciamento complessivo della rete.
Benefici concreti
Uno dei vantaggi più significativi del V2G risiede nella sua capacità di supportare l’integrazione delle fonti di energia rinnovabile come il solare e l’eolico. I veicoli V2G possono agire come una rete di batterie distribuite, assorbendo l’energia in eccesso quando la produzione rinnovabile è alta e rilasciandola quando la domanda supera l’offerta o la produzione rinnovabile diminuisce.
Questo non solo massimizza l’utilizzo dell’energia pulita, ma riduce anche la dipendenza dalle centrali elettriche a combustibili fossili, contribuendo in modo significativo alla decarbonizzazione del settore energetico.
Inoltre, il V2G offre un’opportunità unica per i proprietari di veicoli elettrici di monetizzare con la propria auto. Partecipando ai programmi V2G, i conducenti potrebbero guadagnare denaro vendendo l’energia in eccesso alla rete, compensando così i costi di ricarica. Questo incentivo economico potrebbe accelerare l‘adozione dei veicoli elettrici, rendendoli ancora più attraenti per un pubblico più ampio.
Dal punto di vista della stabilità della rete, il V2G si presenta come uno strumento potente. I veicoli possono fornire servizi di bilanciamento e regolazione di frequenza, assorbendo o rilasciando piccole quantità di energia in tempo reale per mantenere la rete in equilibrio.
Il caso di New York
Oltre la teoria, c’è come sempre anche la pratica e lo Stato di New York ne è un esempio lampante. New York è all’avanguardia nell’integrazione V2G con gli autobus scolastici, candidati ideali perché hanno percorsi prevedibili e rimangono parcheggiati per lunghi periodi: di notte, durante i fine settimana e in estate, quando possono scaricare energia nella rete. Per prepararsi all’elettrificazione su larga scala dei trasporti tra il 2025 e il 2035, è stata condotta un’analisi approfondita utilizzando una rete di trasmissione a 121 bus che replica il sistema energetico dello Stato.
I risultati di questo studio sono stati illuminanti: entro il 2035, l’elettrificazione dei trasporti si prevede che inciderà per circa il 13,33% – 16,79% del carico totale di domanda energetica di New York. Questa significativa crescita della domanda ha fatto emergere un collo di bottiglia critico: la capacità di trasmissione della rete esistente. In altre parole, la rete attuale potrebbe non essere in grado di gestire l’enorme aumento di energia richiesto dai veicoli elettrici, mettendo a rischio il raggiungimento degli ambiziosi obiettivi di elettrificazione dello Stato.
Un progetto da 8 milioni di dollari è il più grande progetto di elettrificazione di autobus scolastici nello stato, che mira a ottimizzare la pianificazione e l’operatività di 30 autobus scolastici elettrici con tecnologia V2G, con un potenziale risparmio annuale stimato tra 70.000 e 160.000 dollari solo con la ricarica intelligente. L’obiettivo è elettrificare l’intera flotta di 850 autobus scolastici.
Prendendo il caso di New York come paradigma, si potrebbero sfruttare i veicoli abilitati al V2G come batterie mobili, per alleggerire il carico sulla rete di trasmissione e ridurre la costruzione di infrastrutture a supporto dell’elettrificazione per la mobilità.
Le stime per l’Europa
Uno studio congiunto condotto dal celebre istituto tedesco, Fraunhofer, insieme a T&E dal titolo “Potential of a full EV-power-system-integration in Europe & how to realise it“ del 2024 ha stimato che il V2G potrebbe far risparmiare ai sistemi energetici dell’UE circa 9,7 miliardi di euro all’anno entro il 2030. Salendo a 22,2 miliardi di euro all’anno entro il 2040, con un risparmio cumulativo di circa 175 miliardi di euro. Questo include la riduzione della necessità di stoccaggio stazionario (fino al 92% entro il 2040) e di capacità di centrali di riserva (fino a 126 GW).
