Nel panorama della transizione energetica, una delle sfide più complesse è garantire la stabilità e la flessibilità della rete elettrica, sempre più alimentata da fonti rinnovabili intermittenti come il sole e il vento. In questo contesto si inserisce il concetto di Vehicle-to-Grid (V2G), una tecnologia innovativa che trasforma le auto elettriche da semplici mezzi di trasporto in vere e proprie risorse energetiche mobili.

Attraverso il V2G, i veicoli elettrici possono non solo prelevare energia dalla rete per ricaricarsi, ma anche restituirla quando necessario, contribuendo all’equilibrio della domanda e dell’offerta. Questa visione apre nuove prospettive su mobilità sostenibile, gestione intelligente dell’energia e integrazione delle rinnovabili, delineando un futuro in cui ogni automobile potrà diventare un piccolo ma prezioso tassello del sistema elettrico nazionale.

Come funziona il V2G

Il funzionamento di base del V2G si basa sulla ricarica bidirezionale. Questo significa che il flusso di elettricità tra il veicolo e la rete può avvenire in entrambe le direzioni, a differenza della ricarica tradizionale (unidirezionale) in cui l’energia fluisce solo dalla rete al veicolo. Innanzitutto, è indispensabile un veicolo elettrico compatibile, dotato di un inverter bidirezionale che gestisce la conversione tra la corrente continua (DC) della batteria e la corrente alternata (AC) della rete. L’auto deve anche possedere le capacità di comunicazione necessarie per interagire con l’infrastruttura e la rete.

La stazione di ricarica deve essere bidirezionale. Funge da punto di connessione fisico e logico tra l’auto elettrica e la rete. Questa infrastruttura avanzata integra un inverter bidirezionale, un sistema di misurazione dell’energia scambiata e un sofisticato modulo di comunicazione.

Il “cervello” dell’intero sistema è rappresentato dal sistema di gestione energetica (EMS) o da un aggregatore. Quest’ultimo svolge un ruolo cruciale nel raggruppare le capacità di più veicoli (e altre risorse distribuite) per formare una sorta di centrale elettrica virtuale. L’EMS riceve costantemente informazioni dalla rete elettrica, come i prezzi dell’energia, le previsioni di domanda e offerta, e lo stato della rete (ad esempio, la frequenza). Sulla base di questi dati e tenendo conto delle esigenze specificate dai proprietari dei veicoli (come la carica minima desiderata e l’orario di partenza), il sistema decide in modo intelligente quando e quanta energia il veicolo dovrebbe caricare o scaricare.

La comunicazione è un aspetto fondamentale. Si usano protocolli standardizzati, tra cui spicca l’ISO 15118, che regola lo scambio di informazioni tra il veicolo e l’infrastruttura di ricarica, supportando la ricarica bidirezionale e funzionalità avanzate come l’identificazione automatica del veicolo e la gestione dei contratti energetici. Un altro protocollo rilevante è l’OCPP (Open Charge Point Protocol), utilizzato per la comunicazione tra la stazione di ricarica e il sistema di gestione centrale, e che nelle sue versioni più recenti include funzionalità per la gestione dei flussi bidirezionali. Durante questa comunicazione, il veicolo trasmette dati importanti come lo stato di carica della batteria (SoC), l’autonomia desiderata e la capacità della batteria, mentre il sistema di gestione invia informazioni sulle tariffe energetiche e le istruzioni operative.

Una volta presa la decisione di caricare o scaricare, l’energia viene convertita dall’inverter bidirezionale presente nella stazione di ricarica. Durante la carica, la corrente alternata proveniente dalla rete viene trasformata in corrente continua per essere immagazzinata nella batteria del veicolo. Durante la scarica, il processo si inverte, con la corrente continua della batteria convertita in corrente alternata adatta all’immissione nella rete, sincronizzata in termini di frequenza e fase. Un contatore bidirezionale misura con precisione l’energia scambiata, elemento essenziale per la fatturazione e per la remunerazione dei servizi forniti dal proprietario del veicolo. L’intero processo è costantemente monitorato, con il sistema che adatta le operazioni in tempo reale in base alle variazioni delle condizioni della rete o delle esigenze dell’utente, spesso visualizzabili e gestibili tramite un’app dedicata.

I vantaggi

In questo modo, i veicoli elettrici abilitati al V2G possono fornire una serie di servizi preziosi alla rete elettrica. Contribuiscono al bilanciamento della rete regolando la frequenza e fornendo riserva di potenza in caso di necessità. Possono effettuare il peak shaving, riducendo la domanda durante i picchi di consumo, e il valley filling, caricando durante i periodi di bassa domanda. Un ruolo cruciale è svolto nell’integrazione delle fonti rinnovabili, immagazzinando l’energia in eccesso e rilasciandola quando la produzione da fonti intermittenti diminuisce.

La questione dell’impatto sulla batteria è centrale. Sebbene ogni ciclo di carica e scarica contribuisca all’invecchiamento, i sistemi V2G sono progettati per operare con cicli parziali e velocità di carica/scarica generalmente moderate, il che riduce lo stress sulla batteria. La gestione intelligente dei flussi energetici mira a mantenere la batteria in un intervallo di stato di carica ottimale, potenzialmente mitigando il degrado. È importante sottolineare che i produttori di veicoli che adottano il V2G dovranno fornire garanzie adeguate sulla durata della batteria anche in questo scenario d’uso. In definitiva, il V2G rappresenta un’evoluzione significativa nel ruolo dei veicoli elettrici, trasformandoli in elementi attivi e flessibili di un sistema energetico sempre più complesso e orientato alle fonti rinnovabili.

Le sfide e i limiti attuali

Le attuali implementazioni e la diffusione su larga scala del Vehicle-to-Grid (V2G) si scontrano con diverse sfide e limiti significativi, che spaziano da aspetti tecnici ed economici a questioni normative e di accettazione da parte degli utenti. In particolare:

• disponibilità di veicoli compatibili: attualmente, non tutti i veicoli elettrici supportano la tecnologia V2G. La loro disponibilità sul mercato è ancora limitata;
• le stazioni di ricarica bidirezionali sono meno diffuse di quelle unidirezionali standard. L’installazione richiede investimenti maggiori e una rete elettrica locale adeguata per gestire i flussi di energia bidirezionali;
• complessità della rete: la rete elettrica deve essere sufficientemente “intelligente” per gestire in modo efficiente i flussi di energia bidirezionali da un gran numero di veicoli distribuiti. Ciò richiede sistemi avanzati di monitoraggio, controllo e comunicazione;
• costi iniziali: l’acquisto di veicoli compatibili con V2G e l’installazione di stazioni di ricarica bidirezionali comportano costi iniziali più elevati per i consumatori;
• molti paesi non dispongono ancora di quadri normativi chiari che definiscano le regole per la connessione dei veicoli elettrici alla rete come risorse energetiche, i requisiti tecnici, le tariffe e le responsabilità degli operatori;
• preoccupazioni degli utenti: i proprietari delle auto potrebbero essere preoccupati per il potenziale impatto dei cicli di carica/scarica aggiuntivi sulla durata e sulla garanzia della batteria. Gli utenti, inoltre, potrebbero essere riluttanti a lasciare i propri veicoli connessi e disponibili per la rete quando ne hanno bisogno per i propri spostamenti. È necessario un sistema che tenga pienamente conto delle esigenze di mobilità di ogni utente.

In conclusione, sebbene il V2G offra un potenziale significativo per la gestione della rete e l’integrazione delle rinnovabili, la sua adozione su larga scala richiede il superamento di una serie di sfide tecniche, economiche, normative e legate all’accettazione degli utenti. Progressi nella tecnologia dei veicoli e delle infrastrutture, quadri normativi favorevoli e modelli di business incentivanti saranno fondamentali per sbloccare il pieno potenziale del V2G.