La spinta solare delle Hawaii mette a dura prova la rete

La prospettiva di un'energia più economica e senza petrolio ha attirato il Cooperativa di servizi dell'isola di Kauai (KIUC) di quintuplicare la capacità solare su scala industriale nell'ultimo anno, costruendo due pannelli fotovoltaici da 12 megawatt. Queste strutture sono il contributo maggiore e significativo all'alimentazione di picco di 78 megawatt dell'isola. Quando il secondo impianto entrerà in funzione quest'estate, il picco di produzione solare di Kauai si avvicinerà all'80% della produzione di energia in alcuni giorni, secondo Brad Rockwell, il gestore dell'alimentazione dell'azienda.

I container pieni di batterie al litio stabilizzeranno la rete di Kauai quando le nuvole di passaggio interrompono i flussi di energia dal nuovissimo parco solare dell'isola.

Ciò pone Kauai all'avanguardia nella penetrazione dell'energia solare e KIUC ha dei lividi da dimostrare. Le fluttuazioni di potenza di un primo grande impianto installato nel 2012 hanno già in gran parte esaurito le grandi batterie installate per impedire al solare di destabilizzare la rete dell'isola.

Ora il KIUC sta facendo un secondo tentativo con le batterie e spera che la tecnologia di accumulo di energia sia sufficientemente progredita per evitare che gli stessi problemi si ripetano. Il nuovo sistema, installato accanto al parco solare in via di completamento sulla costa nord-orientale di Kauai, è una delle prime installazioni commerciali di batterie agli ioni di litio su scala di rete prodotte dal gigante francese delle batterie SUCCO .

La natura intermittente delle fonti di energia rinnovabile come l'energia solare presenta una serie di sfide per le utility, a seconda delle dimensioni e del design della loro rete. La difficoltà di Kauai è più acuta quando le nuvole si spostano su un impianto solare. Ciò può ridurre la potenza di un impianto dal 70 all'80 percento in meno di un minuto. Se l'impianto fornisce una quota sostanziale della potenza della rete, quella rapida perdita di potenza può far scendere la frequenza della corrente alternata della rete ben al di sotto dei 60 hertz, danneggiando le apparecchiature dei clienti o addirittura causando un blackout.

Il primo sistema di accumulo di energia di Kauai, presso l'impianto fotovoltaico da sei megawatt a Port Allen sul lato ovest di Kauai, è stato progettato per mitigare tali cali di frequenza rilasciando energia immagazzinata quando l'uscita si interrompe. Ma quando l'impianto è entrato in funzione nel dicembre 2012, Rockwell ei suoi ingegneri hanno subito scoperto che, come dice Rockwell, la batteria non è proprio quella che era stata progettata per essere.

L'impianto solare di Anahola è in fase di completamento.

Il sistema da 2 milioni di dollari, progettato e prodotto da Potenza estrema di Lyle, in Texas, ha un sacco di muscoli, rilasciando fino a 4,5 megawatt in rapide raffiche. Quello che gli manca è la resistenza. I cali di frequenza si sono verificati più spesso di quanto KIUC si aspettasse e nei giorni parzialmente nuvolosi la batteria ha esaurito rapidamente l'energia.

L'esaurimento della carica giorno dopo giorno, nel frattempo, ha degradato la capacità energetica delle batterie. Sebbene Xtreme Power le abbia chiamate batterie al piombo avanzate perché inizialmente contenevano più energia e potenza rispetto ai loro predecessori, soffrono della stessa sensibilità ai cicli ripetuti a lungo associati alle batterie al piombo. Secondo KIUC, il sistema Xtreme Power è stato progettato per durare otto anni, ma due anni al suo interno hanno una capacità molto ridotta.

Di conseguenza, KIUC ha dovuto chiedere di più ai suoi generatori diesel e benzina, migliorando la loro capacità di aumentare durante i cali di frequenza. La forte rampa usura le macchine, aumenta l'inquinamento atmosferico e annulla parte dei risparmi di petrolio promessi dagli impianti solari. Penso che abbiamo perso un paio di punti percentuali in termini di efficienza nell'ultimo anno, dice Rockwell. Gli effetti della manutenzione sono ancora da vedere.

Una batteria più grande e migliori controlli software avrebbero potuto fornire risultati migliori dalle batterie al piombo di Xtreme Power, afferma John Jung, CEO di Fabbro , un fornitore di sistemi di storage con sede a Emeryville, California. Ma i problemi incontrati da KIUC sono stati condivisi da altri clienti di Xtreme Power e Xtreme Power ha dichiarato bancarotta nel gennaio 2014. La società di stoccaggio di energia Younicos con sede a Berlino ha acquistato l'azienda tre mesi dopo, meno le attività di produzione delle batterie.

Le batterie agli ioni di litio, su cui KIUC sta riponendo speranze ora, sopportano il ciclo meglio delle batterie al piombo. John Cox, responsabile tecnico di KIUC, afferma che le batterie agli ioni di litio di SAFT sono classificate per un numero di cicli di carica-scarica da quattro a sei volte superiori rispetto a quelle di Xtreme Power.

Macchie di nuvole si sono spostate su Anahola all'inizio di questo mese quando ho visitato il sito del prossimo impianto solare della KIUC, dove erano già installati otto container lunghi 22 piedi pieni di batterie SAFT accanto agli oltre 57.000 pannelli fotovoltaici dell'impianto.

Il sistema da 7 milioni di dollari di SAFT è in grado di fornire sei megawatt di potenza in modo continuo e fino a 12 megawatt in brevi raffiche, pari alla potenza di picco dell'array Anahola. E SAFT afferma di poter assorbire continuamente fino a 4,5 megawatt.

La ricarica dovrebbe essere abbastanza veloce da mantenere la batteria in funzione per tutto il giorno con fluttuazioni di potenza non superiori a 1,2 megawatt al minuto, secondo Jim McDowall, responsabile dello sviluppo aziendale per SAFT America, consociata di SAFT con sede nel Connecticut.

McDowall è particolarmente fiducioso nell'installazione di Anahola, che ha una capacità di accumulo di energia extra su insistenza di KIUC. È improbabile che questa capacità extra vada sprecata, dicono lui e Rockwell. Consentirà alla batteria Anahola di arrestare parte del calo di frequenza causato dagli altri parchi solari di Kauai, alleviando la tensione sui generatori convenzionali di KIUC. La capacità di stoccaggio extra di Anahola potrebbe anche aiutare Rockwell a gestire un nuovo problema che prevede di affrontare entro la fine di quest'anno: la produzione di energia solare in eccesso.

Dopo che Anahola sarà online, Rockwell si aspetta che Kauai vedrà giorni in cui i cieli sereni si tradurranno in una generazione di energia solare al di là di ciò che la rete del KIUC può trasportare. Invece di buttare via l'eccesso, afferma McDowall, KIUC potrebbe utilizzare il sistema di accumulo della batteria Anahola per assorbirlo e quindi rilasciare quella potenza dopo il tramonto.

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