Posizioni e capacità ottimali di più BESS in una rete di distribuzione integrata con FER: uno studio di caso reale

Mantenere le luci accese in un mondo più pulito

Man mano che sempre più abitazioni e imprese sono alimentate da impianti solari e a biomassa invece che da combustibili fossili, mantenere stabile la rete elettrica diventa sorprendentemente complesso. L’irraggiamento e la generazione da fonti rinnovabili aumentano e diminuiscono nel corso della giornata, mentre la domanda di energia tende a picchiarsi la sera. Questo studio analizza come collocare e dimensionare grandi sistemi di accumulo a batteria in una rete elettrica reale thailandese in modo che la rete resti stabile, le perdite siano ridotte e i costi rimangano sotto controllo — offrendo uno sguardo su come potrebbero funzionare nella pratica le reti più pulite di domani.

Perché le batterie contano per la fornitura quotidiana

Impianti rinnovabili come i pannelli fotovoltaici installati sui tetti e i generatori a biomassa immettono energia nelle linee locali note come reti di distribuzione. Queste linee sono state originariamente progettate per un flusso unidirezionale dalle grandi centrali verso i clienti. Quando le rinnovabili vengono aggiunte in molti punti, le tensioni possono oscillare, alcune linee possono sovraccaricarsi e le perdite complessive aumentare. I grandi sistemi di accumulo a batteria possono agire come ammortizzatori: si caricano quando la domanda è bassa e l’energia è economica, poi si scaricano quando la richiesta è alta. Se queste batterie sono collocate in posizioni strategiche e dimensionate correttamente, possono attenuare le oscillazioni di tensione, ridurre le perdite e smorzare i picchi più elevati di domanda che fanno salire le bollette.

Trasformare una rete complessa in un puzzle di pianificazione

I ricercatori hanno studiato un alimentatore di distribuzione reale a Hua Hin, in Thailandia, con 102 punti di connessione e due impianti rinnovabili: un parco fotovoltaico e un impianto a biomassa. Hanno trattato il problema come un puzzle di pianificazione: dove lungo questa rete di linee dovrebbero essere installate una, due o tre grandi unità di batteria e quanto dovrebbe essere grande ciascuna per ottenere le migliori prestazioni complessive? Le prestazioni sono state misurate con un unico valore di costo che combina il costo di acquisto, installazione e manutenzione delle batterie con il risparmio ottenuto riducendo problemi di tensione, perdite di energia nelle linee e potenza di picco prelevata dalla rete di livello superiore. Per rappresentare fedelmente il funzionamento delle batterie su un’intera giornata, il team ha usato una descrizione matematica dei loro profili di carica e scarica, assicurando il rispetto dei limiti di energia, potenza e profondità di scarica.

Lasciare che "cicale" digitali cerchino la soluzione migliore

Poiché esistono molte possibili combinazioni di posizioni e dimensioni delle batterie, il team si è affidato a un metodo di ricerca moderno ispirato al comportamento animale, chiamato algoritmo di ottimizzazione dei gamberi di fiume (crayfish). In questo approccio, ogni “gambero” virtuale rappresenta un piano candidato per la collocazione e la capacità delle batterie. Attraverso passi ripetuti che imitano la foraggiatura, la ricerca di riparo e la competizione territoriale, lo sciame di candidati migliora progressivamente. L’algoritmo valuta ogni piano simulando un periodo completo di 24 ore sul reale alimentatore, includendo profili reali di carico e generazione rinnovabile. Per confronto, i ricercatori hanno applicato anche altri due metodi di ricerca ampiamente usati basati su sciami di particelle e salp, tutti utilizzando gli stessi dati di rete e la stessa definizione di costo.

Cosa succede quando si aggiungono batterie

Lo studio ha esaminato quattro scenari: nessuna batteria, una batteria, due batterie e tre batterie. L’aggiunta di batterie ha chiaramente rimodellato il carico giornaliero dell’alimentatore: esse si caricavano durante le ore di bassa domanda e si scaricavano nei momenti di picco, abbassando la potenza massima prelevata dalla rete, riducendo le perdite di energia e migliorando le tensioni minime lungo la rete. Tre batterie hanno fornito i maggiori benefici tecnici, con le perdite e la variazione di tensione più basse, ma hanno richiesto anche l’investimento più elevato. Due batterie ben posizionate, tuttavia, hanno raggiunto il miglior compromesso, riducendo in modo consistente i costi legati alla deviazione di tensione, alle perdite e alla domanda di picco evitando la spesa aggiuntiva di una terza unità. In quasi tutti i confronti, il metodo basato sui gamberi ha trovato soluzioni più economiche ed efficaci rispetto agli altri algoritmi, e le posizioni scelte erano pratiche da realizzare lungo un ampio tracciato stradale.

Cosa significa per una rete più pulita e intelligente

Per i non addetti ai lavori, il messaggio chiave è che semplicemente disperdere batterie o fonti rinnovabili in rete non è sufficiente; le loro posizioni e dimensioni hanno un grande impatto sia sulla affidabilità sia sui costi. Questo caso reale mostra che una coppia ben pianificata di grandi batterie nei punti giusti può offrire la maggior parte dei benefici tecnici disponibili, senza spendere troppo in hardware aggiuntivo. Applicando con successo un metodo di ricerca avanzato a una rete di utilità di dimensioni reali, il lavoro suggerisce che strumenti simili possono aiutare le aziende elettriche di tutto il mondo a progettare reti più stabili ed efficienti con la crescita delle energie rinnovabili.

Citazione: Khunkitti, S., Wichitkrailat, K. & Siritaratiwat, A. Optimal locations and capacities of multiple BESSs in a RES-integrated distribution network: a real-world case study. Sci Rep 16, 9992 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40971-z

Parole chiave: accumulo energetico a batteria, integrazione delle rinnovabili in rete, reti di distribuzione, algoritmi di ottimizzazione, riduzione della domanda di picco