I servizi ancillari sono dei servizi necessari a garantire la sicurezza e l’operabilità dell’intero sistema elettrico. Tra i servizi di sistema più noti vi sono la regolazione di frequenza e tensione mediante l’aumento o la riduzione della potenza, rispettivamente, attiva o reattiva da parte dei generatori connessi alla rete. Fino a qualche decennio fa, tali servizi erano forniti dalle grandi centrali tradizionali che potevano facilmente regolare l’immissione in rete. Ora però ci si interroga su come sarà possibile continuare a garantire tali servizi all’interno di una rete elettrica sempre meno controllabile, a causa dell’elevata penetrazione di fonti rinnovabili, e sempre più sensibile in caso di guasto, a causa della riduzione dell’inerzia del sistema.

Toccherà quindi agli impianti rinnovabili assolvere a questo compito: qui ci concentreremo sulla partecipazione di impianti eolici alla regolazione di frequenza. I servizi di regolazione di frequenza consistono nell’aumento/riduzione dell’immissione di potenza attiva in rete in modo da riportare la frequenza di rete nel range stabilito in risposta ad eventi di sotto/sovra frequenza. Possono essere definiti vari servizi a seconda delle caratteristiche richieste dal TSO per la fornitura (tempo di intervento e mantenimento, livello di potenza disponibile). Nella maggior parte dei casi, viene richiesto un aumento della potenza immessa in rete per compensare la perdita di un generatore connesso alla rete.

Con il supporto dello storage

Lo storage a supporto di un impianto eolico è spesso essere impiegato per ridurre il cosiddetto Wind Curtailment, ossia, letteralmente, il “taglio” della produzione da fonte eolica quando la domanda è bassa, che rappresenta un vero e proprio spreco di energia pulita. Un’altra finalità dell’integrazione dello storage in un impianto eolico può riguardare, ad esempio, l’aumento della potenza immessa in rete in caso di un evento di sotto frequenza. Un’applicazione già in funzione di questa tecnica di fornitura si trova presso l’impianto Burbo Bank di DONG Energy (ora Ørsted). Si tratta di un impianto offshore da 90 MW situata nella Baia di Liverpool reso ibrido grazie ad un sistema di accumulo da 2 MW. Controllando la carica/scarica delle batterie è possibile fornire servizi di regolazione rispettando gli standard imposti dal TSO.

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Schema dell’impianto Burbo Bank. reneweconomy.com.au

Senza il supporto dello storage

La letteratura scientifica distingue due strategie di controllo che rendono più “controllabile” la produzione delle turbine eoliche, permettendo la fornitura di servizi al sistema. La prima consiste nel deloading ossia nello spostamento del punto di lavoro della turbina rispetto al MPPT (punto di massima efficienza) al fine di creare un margine di riserva nella produzione che potrà essere impiegato per fornire servizi di regolazione. Il deloading si può ottenere variando l’angolo di Pitch o mediante tecniche di overspeeding.

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Tecniche di deloading sciencedirect.com

La seconda tecnica consiste nell’utilizzo dell’energia cinetica del rotore eolico. Controllando opportunamente la turbina, è possibile convertire l’energia cinetica del rotore in energia elettrica a spese di una riduzione della velocità di rotazione della turbina. Una volta raggiunto il valore minimo di velocità che permette alla turbina di rimanere accesa, sarà necessario ridurre l’output di potenza della turbina per permettere al rotore di riaccelerare. Quest’ultima fase è detta di “recupero”.

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Esempio dell’utilizzo dell’energia cinetica. nrel.gov

Le due tecniche presentano vari vantaggi e svantaggi, tra i quali:

  • Il deloading causa ad una riduzione della produzione della turbina nel funzionamento ordinario a differenza dell’impiego dell’energia cinetica che porta ad una modifica della produzione eolica solo in caso di effettiva fornitura di servizi
  • Se la tecnica di deloading permette una fornitura sostenibile nel tempo, il metodo dell’energia cinetica può fornire supporto solo per brevi periodi
  • Il deloading porta ad un aumento netto dell’energia prodotta, mentre nel secondo caso si tratta di un processo “energy neutral” poiché in seguito al supporto fornito è necessaria la fase di recupero

Altre questioni possono riguardare l’eventuale sovradimensionamento del convertitore per la connessione in rete, la “quantità” di potenza ottenibile mediamente rilascio di energia cinetica in funzione della velocità del vento e delle caratteristiche meccaniche della turbina (massa, dimensioni, inerzia), l’effetto dell’errore di previsione della velocità del vento e l’ottimizzazione della fornitura di servizi in una wind farm.