Tecnologia di ricarica
Carica adeguata per il futuro
30 novembre 2023 agvs-upsa.ch – La tecnologia di ricarica del futuro e le sue caratteristiche sono state illustrate con chiarezza alla conferenza del Forum di studio svizzero per la tecnologia di guida mobile (SSM) e di SAE-Svizzera 2023. Una cosa è chiara: i veicoli elettrici da soli non sono sufficienti. Jürg A. Stettler
Christian Bach Presidente SSM e responsabile del dipartimento Sistemi di trasmissione per veicoli dell'Empa. Foto: UPSA Media
«Non dovremmo puntare a una riduzione di CO2 a zero per legge, ma piuttosto a una riduzione fisica a zero», ha dichiarato Christian Bach, presidente dell'SSM e responsabile del dipartimento Vehicle Drive Systems dell'Empa, chiarendo fin da subito ai circa 110 partecipanti alla conferenza il vero obiettivo climatico. Non vuole nemmeno giudicare gli adesivi sul clima e le loro azioni di protesta, ma le persone preoccupate per il clima sono ora inondate di informazioni e opinioni, il che non è conveniente. «Abbiamo bisogno di persone che capiscano ancora la tecnologia e sappiano cosa è possibile e cosa no!». I politici e, soprattutto, gli avvocati che nelle istruzioni per l'uso mettono in guardia dall'ingoiare le batterie per proteggere un produttore non forniscono soluzioni efficaci.
Spostare l'elettricità dal giorno alla notte
Per Bach, ci sono ancora molte domande senza risposta per quanto riguarda i veicoli elettrici, così come l'infrastruttura di ricarica e la capacità di immagazzinare l'elettricità. «I politici attualmente guardano solo alla produzione di elettricità. Tuttavia, lo stoccaggio sarebbe altrettanto importante per poter trasferire le eccedenze diurne degli impianti fotovoltaici alla notte, ad esempio. L'ideale sarebbe collegare l'auto alla sera per caricare l'edificio e non l'auto», afferma Bach. Sebbene questo sia (ancora) un sogno del futuro, è fondamentale se la tecnologia di ricarica bidirezionale o vehicle-to-grid deve essere utilizzata in modo sensato in futuro. Dopotutto, non saremo in grado di esportare l'elettricità in eccesso perché anche la Germania meridionale e l'Italia settentrionale produrranno contemporaneamente elettricità a sufficienza con i loro impianti fotovoltaici».
Erwin Reisinger di AVL List GmbH spiega i diversi tipi di batterie.
Erwin Reisinger di AVL List GmbH mostra quali batterie di trazione saranno presto utilizzate per immagazzinare l'elettricità. L'esperto austriaco vede attualmente due approcci: Le batterie a celle allo stato solido e/o quelle che utilizzano il sodio al posto del litio: «Il sodio è più economico e disponibile quasi ovunque. Lo svantaggio è che il sodio è più grande del litio, quindi è possibile avere meno parti di sodio in una batteria, il che ha un impatto negativo sulla densità della batteria». Per Reisinger, una buona gestione della temperatura è l'elemento fondamentale per una batteria o un'auto elettrica. «La ricarica rapida a temperature inferiori allo zero senza riscaldare la batteria può dimezzarne la durata», aggiunge come monito.
Thomas Walter di H2Energy.
Ricarica più rapida grazie a un cavo raffreddato
Tuttavia, la ricarica rapida sta diventando sempre più importante non solo per le auto, ma anche per i camion. Thomas Walter di H2Energy mostra come sia possibile ottenere prestazioni di ricarica in tempi brevi, indipendentemente dalla disponibilità locale e temporale (carico utile) e senza adeguamenti temporali e locali della capacità. «Il 70% della ricarica delle auto elettriche avviene tra le 15.00 e le 22.00 e il picco di ricarica coincide con il rientro a casa delle persone, quindi la rete dovrebbe essere costruita e ampliata per questi carichi crescenti», spiega Walter. Il suo Kvyreen, un caricatore rapido mobile alimentato a idrogeno, offre una soluzione in questo senso, in quanto consente una ricarica veloce e scalabile, indipendente dalla rete elettrica locale.
Per Stefan Buri di Huber + Suhner AG è secondario che l'energia provenga da idrogeno verde, impianti fotovoltaici o turbine eoliche. Oltre ai cavi, la sua azienda sviluppa anche soluzioni di ricarica sicure. «Ci concentriamo esplicitamente sulla ricarica raffreddata a liquido fino a 4,5 MW/3000 ampere. Queste sono le aree verso le quali tutti i produttori di autocarri stanno lavorando», afferma Buri. «Le correnti elevate sono anche associate al calore residuo: il cavo in particolare è il collo di bottiglia. Ma si tratta anche di una buona gestione della spina. Deve essere il più leggero possibile e funzionare in tutte le condizioni climatiche». Un collegamento sicuro tra l'auto elettrica e l'infrastruttura è diventato quasi il compito principale di Huber + Suhner, che si occupa anche di ricaricare le auto a lato.
Stefan Buri di Huber + Suhner AG.
Nuovi requisiti per la rete elettrica
In Svizzera, presto sarà necessario non solo sostituire tutta l'elettricità proveniente dalle centrali nucleari, ma anche coprire la produzione decentralizzata di elettricità nella rete in futuro. Questo è un problema particolare per Marc Vogel del gestore di rete Swissgrid. «Indipendentemente dal modo in cui viene prodotta l'elettricità da fonti rinnovabili, ci sono nuove esigenze per la rete, poiché le fonti rinnovabili dipendono dalle condizioni atmosferiche», afferma Vogel. «Dobbiamo garantire la fornitura di 50 hertz in ogni momento e in ogni secondo. E in Europa siamo ancora responsabili della gestione della rete, ma ora siamo esclusi dal mercato, il che è una situazione molto insoddisfacente».
Marc Vogel del gestore di rete Swissgrid.
Soprattutto se, come Swissgrid, si deve fare una pianificazione a lunghissimo termine, almeno 20 anni nel futuro. «Si ipotizzano circa quattro anni di pianificazione, poi da quattro a 15 anni di progettazione e infine circa uno o due anni di costruzione», spiega Vogel. «È importante che l'elettricità venga utilizzata dove viene generata. Quindi è meglio caricare l'auto all'ora di pranzo, quando l'impianto fotovoltaico di casa mia o del mio vicino ha la resa migliore». L'obiettivo deve essere quello di caricare le auto elettriche in modo migliore e più intelligente». A suo avviso, la sfida più grande è rappresentata dalla rete di distribuzione, che in passato è stata costruita per rifornire le case monofamiliari e i 650 gestori della rete di distribuzione finora si sono occupati solo della fatturazione. Si tratta di sfide enormi per il futuro e dipende anche dal fatto che si acquisti energia da BKW o da una piccola azienda municipale.
Da dove verrà l'elettricità in futuro
«Spendiamo otto miliardi di franchi per importare gas naturale e petrolio da regioni instabili», spiega Remo Mucha dello specialista del fotovoltaico Helion Energy all'inizio della presentazione. Attualmente, il 74% dell'energia svizzera proviene da combustibili fossili e, soprattutto, da fonti provenienti da regioni instabili del mondo, il che aumenta la nostra dipendenza dalle importazioni e mette a rischio la nostra sicurezza di approvvigionamento. Il Power Switcher di Axpo (powerswitcher.axpo.com) può essere utilizzato per esaminare i vari scenari futuri per l'approvvigionamento energetico fino al 2050, ma: «Abbiamo bisogno di soluzioni! Abbiamo bisogno di più elettricità e solo una massiccia espansione del fotovoltaico può sostituire l'eliminazione delle centrali nucleari».
Remo Mucha dello specialista del fotovoltaico Helion Energy.
«Gli impianti fotovoltaici sono il modo più economico per produrre elettricità. Oggi ci sono fornitori in tutto il mondo che immettono elettricità a meno di 1 centesimo per kWh». L'esperto di Helion Energy, che costruisce circa 1.500 impianti fotovoltaici all'anno, diventando così il più grande installatore di impianti fotovoltaici in Svizzera, vede anche la mobilità elettrica come parte di queste soluzioni. «Percorriamo in media solo 35 km e quindi utilizziamo solo una frazione dei 600 km di autonomia delle moderne auto elettriche. Questa capacità di accumulo è ideale per la produzione fotovoltaica giornaliera e fornisce a breve termine x volte la produzione di tutte le centrali nucleari svizzere».
Capacità di stoccaggio e ricarica orchestrata
ABB E-Mobility AG vuole anche sfruttare le capacità di accumulo delle auto elettriche. «Vehicle-to-grid significa solo che disponiamo di un sistema di accumulo e che siamo in grado di fornire l'elettricità», rivela Adrian Wachholz, responsabile del mercato E-Mobility Svizzera. «Auto come la Ford F-150 Lightning possono addirittura fornire elettricità per dispositivi elettrici o altri utenti direttamente dalla batteria di trazione. Di conseguenza, in futuro avremo nuovi e ulteriori partecipanti al mercato dell'elettricità che potremo regolare e utilizzare».
Adrian Wachholz, responsabile del mercato della mobilità elettrica in Svizzera di ABB E-Mobility AG.
I nuovi sistemi di stoccaggio dell'elettricità potrebbero essere utilizzati anche per la «ricarica orchestrata», come la chiama Wachholz, che fornirebbe un'enorme flessibilità alla rete attraverso la carica e la scarica automatica in base alla domanda di elettricità corrente. La sfida più grande è che mancano ancora gli standard necessari per lo scambio di informazioni, motivo per cui la ricarica bidirezionale è utilizzata solo in misura molto limitata. «Abbiamo bisogno di autorizzazioni ufficiali per le reti intelligenti. Infine, devono esserci condizioni e incentivi interessanti per l'utente», aggiunge. «La batteria e l'auto appartengono a qualcuno, ma qualcun altro può utilizzarle: Questo deve essere remunerato di conseguenza».
Discussione con Andreas Burgener di Auto-Schweiz alla fine della conferenza.
Attualmente la Cina sta chiaramente dando il tono
Il futuro delle soluzioni tecnologiche di ricarica non è ancora definito, nemmeno dagli esperti. Ciò che è chiaro è che la Cina è il mercato leader assoluto per la mobilità elettrica e, ad esempio, il 90% dei caricabatterie veloci sono installati lì. È altrettanto chiaro che la riduzione delle emissioni di CO2 nel sistema di mobilità non può essere ottenuta solo attraverso le auto elettriche e l'infrastruttura di ricarica, ma è necessario considerare anche il sistema energetico che ne è alla base. Solo le fonti energetiche sostenibili possono fornire una soluzione, tutto il resto è solo un passaggio. Inoltre, dobbiamo pensare molto di più al cliente quando si parla di mobilità elettrica. In termini di prestazioni, molte cose sono già ottime, ma non si pensa abbastanza al cliente, motivo per cui molte persone non utilizzano (ancora) le infrastrutture e la mobilità elettrica.
Ulteriori informazioni:
ssm-studies.ch
Christian Bach Presidente SSM e responsabile del dipartimento Sistemi di trasmissione per veicoli dell'Empa. Foto: UPSA Media«Non dovremmo puntare a una riduzione di CO2 a zero per legge, ma piuttosto a una riduzione fisica a zero», ha dichiarato Christian Bach, presidente dell'SSM e responsabile del dipartimento Vehicle Drive Systems dell'Empa, chiarendo fin da subito ai circa 110 partecipanti alla conferenza il vero obiettivo climatico. Non vuole nemmeno giudicare gli adesivi sul clima e le loro azioni di protesta, ma le persone preoccupate per il clima sono ora inondate di informazioni e opinioni, il che non è conveniente. «Abbiamo bisogno di persone che capiscano ancora la tecnologia e sappiano cosa è possibile e cosa no!». I politici e, soprattutto, gli avvocati che nelle istruzioni per l'uso mettono in guardia dall'ingoiare le batterie per proteggere un produttore non forniscono soluzioni efficaci.
Spostare l'elettricità dal giorno alla notte
Per Bach, ci sono ancora molte domande senza risposta per quanto riguarda i veicoli elettrici, così come l'infrastruttura di ricarica e la capacità di immagazzinare l'elettricità. «I politici attualmente guardano solo alla produzione di elettricità. Tuttavia, lo stoccaggio sarebbe altrettanto importante per poter trasferire le eccedenze diurne degli impianti fotovoltaici alla notte, ad esempio. L'ideale sarebbe collegare l'auto alla sera per caricare l'edificio e non l'auto», afferma Bach. Sebbene questo sia (ancora) un sogno del futuro, è fondamentale se la tecnologia di ricarica bidirezionale o vehicle-to-grid deve essere utilizzata in modo sensato in futuro. Dopotutto, non saremo in grado di esportare l'elettricità in eccesso perché anche la Germania meridionale e l'Italia settentrionale produrranno contemporaneamente elettricità a sufficienza con i loro impianti fotovoltaici».
Erwin Reisinger di AVL List GmbH spiega i diversi tipi di batterie.Erwin Reisinger di AVL List GmbH mostra quali batterie di trazione saranno presto utilizzate per immagazzinare l'elettricità. L'esperto austriaco vede attualmente due approcci: Le batterie a celle allo stato solido e/o quelle che utilizzano il sodio al posto del litio: «Il sodio è più economico e disponibile quasi ovunque. Lo svantaggio è che il sodio è più grande del litio, quindi è possibile avere meno parti di sodio in una batteria, il che ha un impatto negativo sulla densità della batteria». Per Reisinger, una buona gestione della temperatura è l'elemento fondamentale per una batteria o un'auto elettrica. «La ricarica rapida a temperature inferiori allo zero senza riscaldare la batteria può dimezzarne la durata», aggiunge come monito.
Thomas Walter di H2Energy.Ricarica più rapida grazie a un cavo raffreddato
Tuttavia, la ricarica rapida sta diventando sempre più importante non solo per le auto, ma anche per i camion. Thomas Walter di H2Energy mostra come sia possibile ottenere prestazioni di ricarica in tempi brevi, indipendentemente dalla disponibilità locale e temporale (carico utile) e senza adeguamenti temporali e locali della capacità. «Il 70% della ricarica delle auto elettriche avviene tra le 15.00 e le 22.00 e il picco di ricarica coincide con il rientro a casa delle persone, quindi la rete dovrebbe essere costruita e ampliata per questi carichi crescenti», spiega Walter. Il suo Kvyreen, un caricatore rapido mobile alimentato a idrogeno, offre una soluzione in questo senso, in quanto consente una ricarica veloce e scalabile, indipendente dalla rete elettrica locale.
Per Stefan Buri di Huber + Suhner AG è secondario che l'energia provenga da idrogeno verde, impianti fotovoltaici o turbine eoliche. Oltre ai cavi, la sua azienda sviluppa anche soluzioni di ricarica sicure. «Ci concentriamo esplicitamente sulla ricarica raffreddata a liquido fino a 4,5 MW/3000 ampere. Queste sono le aree verso le quali tutti i produttori di autocarri stanno lavorando», afferma Buri. «Le correnti elevate sono anche associate al calore residuo: il cavo in particolare è il collo di bottiglia. Ma si tratta anche di una buona gestione della spina. Deve essere il più leggero possibile e funzionare in tutte le condizioni climatiche». Un collegamento sicuro tra l'auto elettrica e l'infrastruttura è diventato quasi il compito principale di Huber + Suhner, che si occupa anche di ricaricare le auto a lato.
Stefan Buri di Huber + Suhner AG.Nuovi requisiti per la rete elettrica
In Svizzera, presto sarà necessario non solo sostituire tutta l'elettricità proveniente dalle centrali nucleari, ma anche coprire la produzione decentralizzata di elettricità nella rete in futuro. Questo è un problema particolare per Marc Vogel del gestore di rete Swissgrid. «Indipendentemente dal modo in cui viene prodotta l'elettricità da fonti rinnovabili, ci sono nuove esigenze per la rete, poiché le fonti rinnovabili dipendono dalle condizioni atmosferiche», afferma Vogel. «Dobbiamo garantire la fornitura di 50 hertz in ogni momento e in ogni secondo. E in Europa siamo ancora responsabili della gestione della rete, ma ora siamo esclusi dal mercato, il che è una situazione molto insoddisfacente».
Marc Vogel del gestore di rete Swissgrid.Soprattutto se, come Swissgrid, si deve fare una pianificazione a lunghissimo termine, almeno 20 anni nel futuro. «Si ipotizzano circa quattro anni di pianificazione, poi da quattro a 15 anni di progettazione e infine circa uno o due anni di costruzione», spiega Vogel. «È importante che l'elettricità venga utilizzata dove viene generata. Quindi è meglio caricare l'auto all'ora di pranzo, quando l'impianto fotovoltaico di casa mia o del mio vicino ha la resa migliore». L'obiettivo deve essere quello di caricare le auto elettriche in modo migliore e più intelligente». A suo avviso, la sfida più grande è rappresentata dalla rete di distribuzione, che in passato è stata costruita per rifornire le case monofamiliari e i 650 gestori della rete di distribuzione finora si sono occupati solo della fatturazione. Si tratta di sfide enormi per il futuro e dipende anche dal fatto che si acquisti energia da BKW o da una piccola azienda municipale.
Da dove verrà l'elettricità in futuro
«Spendiamo otto miliardi di franchi per importare gas naturale e petrolio da regioni instabili», spiega Remo Mucha dello specialista del fotovoltaico Helion Energy all'inizio della presentazione. Attualmente, il 74% dell'energia svizzera proviene da combustibili fossili e, soprattutto, da fonti provenienti da regioni instabili del mondo, il che aumenta la nostra dipendenza dalle importazioni e mette a rischio la nostra sicurezza di approvvigionamento. Il Power Switcher di Axpo (powerswitcher.axpo.com) può essere utilizzato per esaminare i vari scenari futuri per l'approvvigionamento energetico fino al 2050, ma: «Abbiamo bisogno di soluzioni! Abbiamo bisogno di più elettricità e solo una massiccia espansione del fotovoltaico può sostituire l'eliminazione delle centrali nucleari».
Remo Mucha dello specialista del fotovoltaico Helion Energy.
«Gli impianti fotovoltaici sono il modo più economico per produrre elettricità. Oggi ci sono fornitori in tutto il mondo che immettono elettricità a meno di 1 centesimo per kWh». L'esperto di Helion Energy, che costruisce circa 1.500 impianti fotovoltaici all'anno, diventando così il più grande installatore di impianti fotovoltaici in Svizzera, vede anche la mobilità elettrica come parte di queste soluzioni. «Percorriamo in media solo 35 km e quindi utilizziamo solo una frazione dei 600 km di autonomia delle moderne auto elettriche. Questa capacità di accumulo è ideale per la produzione fotovoltaica giornaliera e fornisce a breve termine x volte la produzione di tutte le centrali nucleari svizzere».
Capacità di stoccaggio e ricarica orchestrata
ABB E-Mobility AG vuole anche sfruttare le capacità di accumulo delle auto elettriche. «Vehicle-to-grid significa solo che disponiamo di un sistema di accumulo e che siamo in grado di fornire l'elettricità», rivela Adrian Wachholz, responsabile del mercato E-Mobility Svizzera. «Auto come la Ford F-150 Lightning possono addirittura fornire elettricità per dispositivi elettrici o altri utenti direttamente dalla batteria di trazione. Di conseguenza, in futuro avremo nuovi e ulteriori partecipanti al mercato dell'elettricità che potremo regolare e utilizzare».
Adrian Wachholz, responsabile del mercato della mobilità elettrica in Svizzera di ABB E-Mobility AG.
I nuovi sistemi di stoccaggio dell'elettricità potrebbero essere utilizzati anche per la «ricarica orchestrata», come la chiama Wachholz, che fornirebbe un'enorme flessibilità alla rete attraverso la carica e la scarica automatica in base alla domanda di elettricità corrente. La sfida più grande è che mancano ancora gli standard necessari per lo scambio di informazioni, motivo per cui la ricarica bidirezionale è utilizzata solo in misura molto limitata. «Abbiamo bisogno di autorizzazioni ufficiali per le reti intelligenti. Infine, devono esserci condizioni e incentivi interessanti per l'utente», aggiunge. «La batteria e l'auto appartengono a qualcuno, ma qualcun altro può utilizzarle: Questo deve essere remunerato di conseguenza».
Discussione con Andreas Burgener di Auto-Schweiz alla fine della conferenza.
Attualmente la Cina sta chiaramente dando il tono
Il futuro delle soluzioni tecnologiche di ricarica non è ancora definito, nemmeno dagli esperti. Ciò che è chiaro è che la Cina è il mercato leader assoluto per la mobilità elettrica e, ad esempio, il 90% dei caricabatterie veloci sono installati lì. È altrettanto chiaro che la riduzione delle emissioni di CO2 nel sistema di mobilità non può essere ottenuta solo attraverso le auto elettriche e l'infrastruttura di ricarica, ma è necessario considerare anche il sistema energetico che ne è alla base. Solo le fonti energetiche sostenibili possono fornire una soluzione, tutto il resto è solo un passaggio. Inoltre, dobbiamo pensare molto di più al cliente quando si parla di mobilità elettrica. In termini di prestazioni, molte cose sono già ottime, ma non si pensa abbastanza al cliente, motivo per cui molte persone non utilizzano (ancora) le infrastrutture e la mobilità elettrica.
Ulteriori informazioni:
ssm-studies.ch
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