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A 2015 studio dai professori Eric Hittinger del Rochester Institute of Technology e Inês Azevedo della Carnegie Mellon University hanno scoperto che le batterie su scala di rete statunitensi erano, nel complesso, più probabili in aumento anziché in diminuzione emissioni nel settore energetico. È perché batterie a scala di rete caricare quando l’energia è a buon mercato e scaricare quando è costosa, ma i prezzi alti e bassi dell’energia non sono necessariamente correlati ad alte e basse emissioni di carbonio. L’energia solare in eccesso a mezzogiorno può essere economica, ma lo stesso vale per l’energia generata a carbone nel cuore della notte, quando la domanda è bassa.

Questo è un problema per aziende come Google e Amazon che si sono impegnate a ridurre l’intensità di carbonio delle loro attività. È anche un problema per i regolatori che hanno il compito di attuare le politiche governative che richiedono riduzioni delle emissioni attribuibili alla produzione di energia.

Gli elettroni sono indipendenti dalle emissioni. Un elettrone proveniente da una centrale elettrica a carbone è identico e indistinguibile da un elettrone creato da un pannello solare o da una turbina eolica. Allora come è possibile sapere se gli elettroni attualmente immagazzinati in una determinata batteria su scala di rete sono privi di emissioni?

EnergyTag è un'organizzazione no-profit con sede nel Regno Unito che affronta la necessità di certificazione dell'elettricità immagazzinata. È appena stato rilasciato Versione 2 del suo standard di schema di certificazione granulare. Va sottolineato che la parola “schema” ha un significato piuttosto diverso nel Regno Unito rispetto agli Stati Uniti. Sul lato occidentale dell'Atlantico, la parola è peggiorativa. Implica una certa ambiguità o intenzione di ingannare. Sulla sponda orientale dell’Atlantico non ha connotazioni così sinistre. Il suo sinonimo più vicino è la semplice parola “piano”.

Nell'introduzione alla Versione 2, EnergyTag afferma: “Un certificato granulare conforme all'EnergyTag è un certificato relativo alle caratteristiche dell'energia prodotta durante un periodo di un'ora o meno, rilasciato in conformità ai requisiti e alle regole di funzionamento del certificato granulare EnergyTag norma dello schema. Questo standard stabilisce i requisiti che devono essere soddisfatti per creare uno schema di certificati granulari conforme all’EnergyTag.”

Quanto è verde il mio elettrone?

Poiché un elettrone è un elettrone e un elettrone è indistinguibile da un altro elettrone, come è possibile certificare che alcuni sono verdi e altri no? Il tempo, a quanto pare, è la risposta. Ciò che fa EnergyTag, ridotto all’essenziale, è registrare quando gli elettroni arrivano a una batteria su scala di rete e abbinare tali informazioni a quale sia la fonte predominante di elettricità all’interno della rete servita dalla batteria su scala di rete in quel momento. Se l’energia che entra è verde, allora ipso facto verde sarà anche l’energia che si spegnerà dopo.

Questa spiegazione è senza dubbio carente sotto diversi aspetti, ma è la cosa più vicina a cui può arrivare qualcuno che sia uno scrittore piuttosto che un ingegnere. Canarie Media recentemente abbiamo approfondito questo argomento con James Allan, direttore senior di Quinbrook Infrastructure Partners. Sul suo sito web, Quinbrook afferma che è “guidata e gestita da un team senior di professionisti del settore energetico che hanno investito collettivamente oltre 8.2 miliardi di dollari in asset di infrastrutture energetiche dall’inizio degli anni ’1990, che rappresentano oltre 19.5 GW di capacità di alimentazione. Il nostro team apporta una prospettiva industriale agli investimenti in infrastrutture a basse emissioni di carbonio e rinnovabili”.

Quinbrook ha appena completato un programma di test utilizzando il software EnergyTag Versione 2 presso il progetto batteria Byrd Ranch a Sweeny, Texas, a circa 60 miglia a sud di Houston. La batteria da 50 MW, di proprietà dello sviluppatore Glidepath, sta caricando e scaricando attivamente energia sulla rete del Texas in risposta ai segnali dell’operatore del mercato energetico ERCOT. Tali test sono necessari per “offrire informazioni credibili su dove (i consumatori di energia) ottengono il loro potere. Alla base di tutto ciò c’è la capacità di tracciare tutte queste cose su uno standard credibile e accettato”.

La tecnologia utilizzata per implementare lo standard EnergyTag proviene da Quintrace, una piattaforma interna lanciata da Quinbrook lo scorso anno per offrire ai clienti "visibilità in tempo reale della loro impronta di carbonio oraria". Quintrace è una delle numerose piattaforme tecnologiche che ora tracciano attivamente le emissioni di carbonio dell’energia che fluisce dai generatori agli utenti finali attraverso le reti negli Stati Uniti e in Europa mentre cresce la domanda di monitoraggio granulare delle emissioni. "Abbiamo dimostrato che è possibile tracciare l'energia attraverso una batteria su base inferiore all'ora", ha affermato Allan, il che "ha dimostrato che ora è possibile".

Software di monitoraggio delle emissioni per batterie su scala di rete

Per essere chiari, Byrd Ranch non ha sempre utilizzato energia pulita nei suoi test. Invece, il software ha tracciato una certa porzione della sua energia proveniente dalla rete come se fosse inviata direttamente alla batteria da un ipotetico parco solare con un modello di generazione tipico di un progetto solare durante il giorno per "simulare porzioni di energia rinnovabile all'interno del batteria", afferma Quinbrook.

Quella potenza è stata mescolata con la potenza della rete quotidiana contenente i parametri di intensità delle emissioni di carbonio ora per ora forniti da ERCOT. Quinbrook presupponeva che la batteria utilizzasse l'energia solare per caricarsi ogni volta che era disponibile, di giorno in giorno e di ora in ora, e utilizzasse "fette" di energia della rete per il resto della ricarica.

Tenere traccia dell’energia pulita che entra ed esce da una batteria è complicato. Il primo trucco è determinare un modo comunemente accettabile per distinguere tra “fette” di potere pulito e sporco. Anche il momento in cui le batterie si caricano e si scaricano complica le cose.

Alcune batterie potrebbero caricarsi giorni prima di essere chiamate a scaricarsi. Altre batterie potrebbero caricarsi e scaricarsi più volte all'ora. Quest’ultima modalità operativa si applica alla batteria Byrd Ranch, che fornisce principalmente servizi a risposta rapida a ERCOT che possono essere richiamati ogni 4 secondi e misurati per il pagamento in incrementi di 15 minuti.

In questi casi, "le batterie saltano molto nel giro di un'ora", ha detto Allan. Dimostrare quanto sia pulito ciascuno di questi incrementi di scarica di energia, sulla base di registrazioni di ricarica che potrebbero essere arrivate pochi minuti prima, è "un problema non banale". “Non banale” è probabilmente un eufemismo.

Le batterie devono affrontare anche un'altra sfida: le perdite di "efficienza di andata e ritorno". Anche le batterie agli ioni di litio più efficienti perdono circa il 10% della potenza in ingresso rispetto alla potenza che riescono a scaricare. Queste perdite derivano principalmente dall’energia che viene dispersa nel processo di conversione della corrente alternata della rete in corrente continua e viceversa quando la batteria si scarica per restituire energia alla rete. Inoltre, una parte dell'energia viene utilizzata per far funzionare i sistemi di conversione e controllo dell'energia per la batteria stessa. Le batterie si scaricano lentamente anche quando sono a riposo, una forma di perdita chiamata "autoscarica". Qualsiasi sistema che tenga traccia dell'energia pulita rispetto a quella sporca immessa in una batteria deve tenere conto di queste perdite, come illustrato in questo grafico.

Stime e accuratezza

Ma le perdite in ogni particolare sistema di batterie "sono stime nella maggior parte dei casi. Non sono numeri difficili", ha detto Allan. Oggi, queste cifre vengono calcolate in base alla misurazione della quantità di energia che entra ed esce da una batteria e combinandola con una misurazione dello "stato di carica". Ma queste misurazioni dello stato di carica sono notoriamente imprecise e possono essere soggette a "errori dovuti a fluttuazioni di temperatura, plateau di tensione attraverso lo stato di carica, calibrazione del sensore e altri problemi di misurazione dei dati", afferma Quinbrook.

Trovare modi per quantificare e monitorare questi cambiamenti incerti nei dati misurati di ora in ora è vitale per qualsiasi sistema che pretenda di misurare con precisione l’intensità delle emissioni di una batteria. Senza un metodo per individuare misurazioni errate, "a seconda di come le si porta avanti attraverso il processo contabile, si possono avere errori di capitalizzazione e si può ottenere un risultato sempre più stupido", ha detto Allan.

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EnergyTag verifica le emissioni delle batterie su scala di rete

L'obiettivo principale degli standard EnergyTag è fornire ai produttori di energia, agli acquirenti e agli operatori delle batterie una chiara comprensione di come tengono conto delle variabili coinvolte nel trattare le batterie come un "serbatoio" per "energia spostata nel tempo", Katrien Verwimp , ha affermato il presidente del comitato di audit di EnergyTag presentando gli ultimi standard del gruppo.

Qualsiasi sistema che chieda agli acquirenti di energia di certificare l'intensità delle emissioni della loro elettricità deve "avere chiarezza nel registrare tutti questi attributi e anche nel tenere traccia o tenere traccia delle perdite" nelle batterie, ha affermato. Lo standard Versione 2 recentemente rilasciato da EnergyTag offre "molti ulteriori dettagli rispetto a quelli contenuti nella prima versione, ma sono in corso ulteriori test in condizioni reali." Questo test è esattamente ciò che sta facendo Quinbrook Infrastructure Partners.

La California è stata una delle prime giurisdizioni a emanare normative intese a garantire che le batterie su scala di rete finanziate da un programma di incentivi statali multimiliardari venissero gestite in modo da portare a una riduzione complessiva delle emissioni della rete. Ma quel programma non includeva standard per monitorare la carica e lo scaricamento così fedelmente come sta assumendo lo standard EnergyTag.

Google e Microsoft hanno aumentato la richiesta di un modo per includere le batterie nei loro obiettivi di approvvigionamento di energia senza emissioni di carbonio per alimentare i loro data center con energia senza emissioni di carbonio 2030 ore su XNUMX entro il XNUMX. Ciò a sua volta ha portato Quinbrook a iniziare a lavorare sulla sua tecnologia Quintrace ​"come parte della nostra strategia di data center verde", ha affermato Allan.

Negli ultimi anni, a queste pressioni aziendali si sono aggiunti i mandati governativi, in particolare i severi requisiti di ammissibilità per i sussidi all’idrogeno verde negli Stati Uniti e nell’UE. Le batterie avranno bisogno di standard come EnergyTag per svolgere un ruolo nel fornire parte dell’energia pulita di cui gli elettrolizzatori avranno bisogno per soddisfare le rigide regole di corrispondenza oraria previste dal regime di credito d’imposta sull’idrogeno a 45 V proposto dall’amministrazione Biden e norme simili sull’energia pulita per i produttori di idrogeno in Europa. Unione.

Allan prevede che sempre più industrie e governi adotteranno regimi orari di corrispondenza dell’energia pulita come energia rinnovabile supportata batterie a scala di rete costituiscono la maggioranza dell’elettricità sulle reti negli Stati Uniti, in Europa e in altre nazioni. È allora che disporre di standard e misurazioni che consentano agli operatori di batterie su scala di rete di firmare contratti e soddisfare i mandati per fornire energia senza emissioni di carbonio su richiesta diventerà più necessario e prezioso.

"Stiamo risolvendo problemi difficili per i data center ecologici e questo vale anche per i prodotti ecologici", ha affermato Allan. "Se stai producendo idrogeno verde - o acciaio verde o prodotti chimici verdi - devi essere in grado di supportare le tue credenziali verdi. "

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• Fonte: https://cleantechnica.com/2024/03/19/energytag-quinbrook-track-carbon-intensity-of-electricity-stored-in-grid-scale-batteries/