Le microgrid sono piccole reti che si affidano all'energia solare, eolica o ad altre fonti rinnovabili nelle vicinanze per fornire energia verde affidabile. Possono anche essere alimentate da combustibili fossili, se le circostanze lo richiedono. Le microgrid possono funzionare in modo indipendente dalla rete principale, noto come "modalità a isola", oppure possono essere collegate alla rete principale alla stessa tensione, assorbendo energia dalla rete principale nei momenti di picco e rimandando l'energia in eccesso alla rete principale nei momenti di bassa tensione. Quando la rete elettrica viene commutata, la sua disponibilità non viene influenzata. Se si aggiunge l'accumulo di batterie, la microgrid può essere isolata e funzionare in modo indipendente in "modalità isola" quando la rete elettrica più ampia si guasta. Negli ultimi anni le microgriglie hanno guadagnato slancio, in parte per il potenziale di aumento dell'efficienza delle strutture critiche. Queste strutture includono impianti di trattamento delle acque reflue, sistemi di acqua potabile e strutture sanitarie.
La "microgrid" è un concetto che si contrappone alla tradizionale "grande rete". Utilizza una tecnologia di controllo avanzata e dispositivi di elettronica di potenza per collegare l'energia distribuita con il carico e i dispositivi di stoccaggio dell'energia per formare una rete completa in miniatura. Questa rete elettrica "in miniatura" è un sistema energetico completo, che va dalla generazione, alla trasmissione e alla trasformazione di energia fino all'utente finale. Può non solo formare una rete di fonti di rendimento locale pienamente funzionale, ma anche "funzionare da sola" in modo da non interferire con il sistema di trasmissione e distribuzione. Può anche essere collegata alla rete elettrica comunale attraverso un punto di connessione comune: quando la funzione di alimentazione della microrete è insufficiente, la grande rete elettrica può integrare la carenza, e quando la produzione di energia è grande, l'energia in eccesso può essere restituita alla grande rete elettrica. Quando necessario, è possibile passare da una modalità all'altra, in modo da garantire un funzionamento sicuro e stabile della microgrid e della grande rete.
Ccomposizione di isola modalità
Tecnologie di energia rinnovabile distribuita
Che si tratti di isole offshore, di aree remote o di edifici, comunità o fabbriche densamente popolate, le applicazioni di energia distribuita saranno sempre più frequenti. Ad esempio, una microgrid di fotovoltaico distribuito, energia eolica e generatori diesel potrebbe soddisfare tutto il fabbisogno energetico dei pescatori su isole remote. Ad esempio, le tecnologie CCHP e di energia rinnovabile distribuita sono integrate nei sistemi di microgrid delle comunità urbane per fornire a residenti e imprese elettricità, acqua calda e servizi di raffreddamento prodotti localmente e a costi contenuti. Gran parte di questo è dovuto alla tecnologia delle microgrid, che non è più limitata al modello di alimentazione centralizzata della rete municipale. Permette anche di costruire isole remote, aree rurali e requisiti speciali al di fuori della rete municipale. I sistemi di approvvigionamento energetico distribuiti possono essere installati vicino agli utenti in base alle loro esigenze individuali.
In quanto integratore di una varietà di fonti energetiche distribuite, la tecnologia "microgrid" ha un ampio spazio di sviluppo e scenari di applicazione. In un sistema completo di microgrid, l'energia distribuita è il corpo principale dell'alimentazione e i diversi tipi di energia possono cooperare e completarsi a vicenda. Dal punto di vista dell'alimentazione, il sistema monitora e controlla il carico di energia. Per quanto riguarda il sistema di controllo, la microgrid necessita di una programmazione interna e di una comunicazione esterna per raggiungere un elevato grado di autonomia. L'accumulo di freddo, calore ed elettricità rende le microgrid sicure e flessibili. A seconda che la microgrid sia connessa o meno alla grande rete, la microgrid può essere suddivisa in tipo off-grid e tipo grid-connected. Gli scenari di applicazione delle microgrid off-grid comprendono la risoluzione dei problemi di elettricità nelle isole e nelle aree remote, mentre le microgrid connesse alla rete aggiungono una garanzia di sicurezza dell'approvvigionamento energetico per gli utenti e il funzionamento in rete può anche migliorare l'economia dell'intero sistema.
Generatori diesel in una microgrid
Grandi distanze separano le nostre comunità remote dai loro vicini - e dai sistemi energetici che molti di noi danno per scontati quando premono un interruttore. Poiché le comunità remote non sono collegate né all'infrastruttura del gas naturale né alla rete, devono generare la propria energia bruciando gasolio (derivato dal petrolio) per riscaldare le case e gli edifici e per alimentare le loro piccole microgrid. Come ogni sistema elettrico, il funzionamento affidabile di una microgrid richiede l'esatta corrispondenza tra domanda e offerta di elettricità, ogni minuto di ogni giorno. Per raggiungere questo equilibrio, le microgrid si affidano solo a una piccola quantità di energia, di solito un singolo motore diesel. Al contrario, le reti più grandi sono più resilienti e in grado di gestire meglio le improvvise impennate della domanda o le perdite di potenza inaspettate.
Mantenere l'affidabilità del sistema 24 ore su 24 è una priorità assoluta per tutti gli operatori del sistema elettrico. Le fonti di energia continue (o non intermittenti), come il gasolio e l'energia idroelettrica, forniscono energia 24 ore al giorno. Al contrario, le fonti di energia intermittenti, come l'eolico e il solare, forniscono una produzione variabile, complicando in molti modi le operazioni di rete per le microgrid. Tuttavia, ci sono molti esempi di successo di energia rinnovabile integrata in comunità remote per creare microgrid ibride - e l'elenco continua a crescere man mano che i progetti dimostrano di ridurre i costi operativi, l'inquinamento da carbonio e la dipendenza dal gasolio importato.
L'utilizzo di generatori diesel come fonte di alimentazione di riserva può essere una buona opzione per le microgrid alimentate da energie rinnovabili. Sia che vogliate migliorare l'affidabilità della vostra microgrid, sia che vogliate migliorare il livello di servizio, i generatori diesel possono essere una soluzione efficace. I motori diesel hanno una tecnologia collaudata e possono offrire un alto livello di affidabilità. Possono anche fornire una fonte di backup per l'alimentazione nelle microgrid. Oltre a fornire energia di backup, i motori diesel possono essere uniti per creare un sistema di bilanciamento del carico in grado di sincronizzare l'alimentazione.
L'energia rinnovabile permea le microgriglie
La quantità di energia da fonti rinnovabili in una microgrid ibrida è nota come livello di penetrazione. Poiché le risorse energetiche disponibili in qualsiasi momento sono estremamente diverse, i grandi sistemi di rete con molte fonti energetiche diverse sono in grado di gestire grandi quantità di energia rinnovabile intermittente (80-100%). Al contrario, l'attuale limite tecnico per la penetrazione di energia rinnovabile intermittente nelle microgrid remote senza accumulo è di circa il 20-30%.
Le microgrid ibride hanno solo una piccola quantità di energia disponibile. Poiché l'energia rinnovabile intermittente non viene prodotta in modo costante, i generatori diesel devono aumentare o diminuire la loro potenza in base alla quantità di energia rinnovabile disponibile in un determinato momento. (I generatori diesel più vecchi tendono a funzionare in modo molto inefficiente alle basse velocità, quindi le frequenti rampe di salita e discesa ne accorciano la vita utile e riducono i risparmi sui costi di gestione delle microgrid che utilizzano le energie rinnovabili.
La soluzione
Fortunatamente, sono disponibili nuove tecnologie per ridurre questi problemi. Una tecnologia promettente da prendere in considerazione per la sostituzione delle vecchie apparecchiature diesel è il generatore a velocità variabile (VSG). I VSG producono elettricità in modo efficiente a una velocità molto inferiore rispetto ai generatori convenzionali, il che significa che consumano meno gasolio quando si integrano con l'energia rinnovabile. Inoltre, i VSG consentono una maggiore penetrazione delle energie rinnovabili ai livelli massimi.
Un'altra tecnologia che integra l'energia rinnovabile intermittente e che è familiare ai più è l'accumulo di batterie. Se utilizzate insieme alla produzione di energia eolica o solare, le batterie possono aiutare a compensare le variazioni orarie o giornaliere nella produzione di energia, mantenendo l'elettricità in circolazione quando il sole non splende o il vento non soffia. Tuttavia, le batterie non sono in grado di immagazzinare una quantità di energia sufficiente a far fronte a variazioni stagionali di fornitura più lunghe, ad esempio durante il lungo inverno artico, quando la luce del sole è scarsa.
Anche il ruolo di un maggior numero di energie rinnovabili nelle microgrid è importante. Quando la domanda di energia fluttua nel corso della giornata, l'incontro tra domanda e offerta diventa più impegnativo, poiché le persone cucinano, fanno funzionare gli elettrodomestici e usano le stufe elettriche. Ridurre la domanda complessiva attraverso l'efficienza energetica e rendere la domanda più costante durante il giorno grazie alla tecnologia delle reti intelligenti può contribuire a rendere le microgrid più facili da gestire.
