Auto elettrica: i sistemi di ricarica e accumulo del futuro

Nei paesi a capitalismo avanzato, oggi, l’obiettivo primario è raggiungere la piena sostenibilità ambientale. Ecco perché la ricarica e l’accumulo di energia rivestono un ruolo ormai cruciale. Accumulare energia da fonti rinnovabili – come il solare e l’eolico – permette di bilanciare la domanda e l’offerta energetica, riducendo la dipendenza da combustibili fossili e le emissioni di gas serra. Inoltre, i sistemi di ricarica avanzati, specialmente quelli integrati nelle infrastrutture pubbliche e private, facilitano l’adozione della mobilità elettrica, un elemento chiave per la riduzione dell’inquinamento urbano. Non parliamo soltanto delle colonnine per la ricarica di auto elettriche, ma di tutti i sistemi condivisi di monitoraggio e gestione dell’energia, che possono riguardare anche gli edifici, le aziende e i sistemi di distribuzione.

In questa direzione, “Powering the Future” è la piattaforma nata per esplorare le soluzioni più innovative e le tecnologie emergenti in questo campo. I suoi attori si sono dati appuntamento a fine settembre per un importante momento di aggiornamento e di riflessione. Supportati dall’aiuto di esperti di settore, opinion leader e professionisti affermati, hanno ragionato insieme su come plasmare il futuro dell’energia sostenibile, a partire proprio dalla filiera della mobilità elettrica.

Lo scenario italiano

Giuseppe Mauri, Responsabile gruppo di ricerca ICT e E-Mobility RSE, ha fatto il punto sull’attuale scenario della rete di distribuzione e delle auto elettriche. RSE, acronimo di Ricerca sul Sistema Energetico, è una società indirettamente controllata dal Ministerodell’Economia e delle Finanze attraverso il suo azionista unico GSE Spa. “Il settore dei trasporti è responsabile di circa il 25% delle emissioni europee di CO₂. Oltre il 70% (in Italia oltre il 90%) di tali emissioni sono attribuibili al trasporto stradale. I trasporti sono uno dei pochi settori che ha riportato una crescita di emissioni rispetto al 1990”.

Da questo punto di vista, i principali obiettivi per il 2030 fissati per i trasporti dallanormativa Europea puntano ad una riduzione del 43% delle emissioni CO₂rispetto al 2005(Regolamento Effort Sharing, 2023/857) e ad un incremento del 30% dei consumi energetici da fonti rinnovabili(Proposta Renewable Energy Directive III). Concentrando lo sguardo sulla trasposizione italiana degli obiettivi, il riferimento è il PNIEC 2.0 (Piano Nazionale Integrato Energia e Clima), inviato dal nostro Paese alla Commissione Europea a fine giugno 2023, dove è evidenziata l’importanza e la complementarità di diverse tecnologie e vettori. Nello specifico, l’accento cade sull’elettrificazione, intesa come “soluzione rivolta alle nuove immatricolazioni in particolare di veicoli leggeri”, e sui biocombustibili, che “contribuiscono alla decarbonizzazione del parco esistente e dei settori difficilmente elettrificabili”. “Ciò si traduce in uno scenario 2030 di policy, per i trasporti, di 6,6 milioni di auto elettrificate circolanti, di cui 4,3 milioni elettriche pure e 2,3 milioni ibride plug-in, con l’indicazione del13,5% dei consumi finali coperti da biofuels, e-fuel e idrogeno”.

La ricarica per l’auto elettrica

Ad oggi sono circa 240.000 le auto elettriche pure nel parco circolante, con circa 66.700 immatricolazioni del 2023, per un market share del 4,2%. Su questa base, proseguire nello sviluppo tecnologico e industriale, nel supporto istituzionale, nell’evoluzione regolatoria e nell’informazione e diffusione di conoscenza, diventa fondamentale per avvicinarsi agli obiettivi prefissati dal legislatore.

A tal proposito, è importante precisare come si ricaricano i veicoli elettrici e quale sia il loro impatto sul sistema elettrico nazionale. “Ci sono quattro modi di ricaricare i veicoli elettrici”, prosegue Giuseppe Mauri. “Il modo 1 prevede la spina ad uso domestico o industriale, fino a 16 A e assenza di comunicazione tra presa e veicolo: è vietato in aree pubbliche e non si applica più per i veicoli elettrici. Il modo2 prevede la spina ad uso domestico (Schuko) o industriale, fino a 32 A e il dispositivo di controllo e comunicazione sul cavo: è vietato in aree pubbliche e presenta problemi alle prese; il modo 3 è corretto in corrente alternata per la ricarica in ambito privato e pubblico, in virtù dei connettori STD europeo “Tipo 2”, fino a 32 A monofase e 63 A trifase, comunicazione PWM tra stazione di ricarica e veicolo e dispositivo di controllo nella stazione di ricarica; il modo 4 è corretto in corrente continua, basato su connettore STD europeo “CCS Combo 2”, dispositivo di controllo nella stazione di ricarica, caricabatterie AC/DC esterno e alimentazione in DC, sia per ricarica in ambito privato, sia per ricarica in ambito pubblico (fino a 400 kW)”.

Per quanto riguarda i diversi connettori, oltre al “Tipo 2” per il modo 3di ricarica e al “CCS Combo 2” per il modo 4di ricarica, ricordiamo l’MCS (Mega Charging System) per trattori stradali, navi, aerei in DC. In fatto di tecnologie, se per i connettori abbiamo uno scenario delineato e articolato, sulla ricarica induttiva il sistema Italia si sta ancora muovendo in uno scenario di ricerca e sviluppo.

Il veicolo verso “qualsiasi cosa”

Guardando ora le esigenze di ricarica, passiamo a considerare dove l’auto trascorra la maggior parte del suo tempo durante le 168 ore della settimana. I luoghi sono soprattutto il parcheggio di casa e il parcheggio del posto dilavoro; perciò, questi rappresentano i due luoghi dove deve essere principalmente caricata, anche a bassa potenza. Quando invece l’auto elettrica si muove, va caricata ad altissima potenza. Presso un supermercato o vicino una struttura come la palestra, poi, può essere caricata a media potenza. “Proprio per questo motivo, diventa importante offrire servizi di flessibilità alla rete di tipo Vehicle 1 Grid (V1G) monodirezionale, Vehicle 2 Grid (V2G) bidirezionale, Vehicle 2 Home/Building (V2H/V2B)”, sottolinea Giuseppe Mauri.

A questo punto, però, è lecito chiedersi cosa sia esattamente il “Vehicle to qualsiasi cosa”. Il Vehicle 1 Grid monodirezionale è il modo classico di caricare un’auto: il flusso di energia è sempre dalla rete elettrica alla batteria del veicolo e corrisponde al modo 2 ricordato precedentemente. In questo caso si va a regolare il flusso di uscita, modulando i prelievi dalla rete, funzionando come un generatore o un carico, a seconda delle esigenze specifiche.

Il Vehicle 2 Grid(V2G) bidirezionale include anche un flusso di energia, che può andare dalla batteria del veicolo verso la rete elettrica: in questo caso l’auto si presenta come un accumulo domestico o un impianto fotovoltaico che manda energia in rete. Si tratta, di fatto, di una tecnologia più costosa del V1G, che può essere utilizzato per tutte le auto, comprese quelle vendute nel 2013. Viceversa, anche parte delle auto attualmente vendute, non hanno accesso al V2G.

Per quanto concerne il Vehicle to Home/Building (V2H/V2B), è il caso in cui avviene uno scambio di energia locale senza influire direttamente sulla rete. Per esempio, carico la mia auto nella mia prima casa, vado nella seconda casa sconnessa dalla rete e comincio ad alimentarla per un soggiorno di alcuni giorni, trascorsi i quali ho comunque la possibilità di tornare nella prima casa con l’energia che ho ancora nell’auto.

Infine, esiste il Vehicle to Load (V2L), che alimenta un carico in condizioni off-grid: significa che nella mia auto possiedo una presa Schuko in un cui posso inserire un flessibile per ottenere la massima libertà. Il V2L è perciò una funzione di alimentazione bidirezionale che consente di utilizzare la grande batteria di un veicolo elettrico per alimentare o caricare qualcos’altro. Gli scenari in cui questa funzione si rivela utile sono davvero numerosi.

L’impatto in termini di energia

Ora, per approfondire il tema della sostenibilità dell’auto elettrica, dobbiamo guardare a due tipologie di impatto, in termini di energia e in termini di potenza. “L’impatto in termini di energia riguarda l’energia che deve essere prodotta da centrali tradizionali o impianti a energia rinnovabili. L’impatto in termini di potenza riguarda l’impatto sulla rete elettrica, sul ferro dei trasformatori e sul rame dei conduttori”, osserva Giuseppe Mauri.

Per inquadrare compiutamente lo scenario, dobbiamo ricordare che, secondo i dati di Quattroruote, un’automobile in Italia percorre in media 12.000 km all’anno, quindi 33 Km al giorno, pari a 0,150 kWh/km e 1.800 kWh/anno. “Di conseguenza, l’energia da ricaricare è 4,8 kWh al giorno e 34 kWh alla settimana. Questo significa che, con la ricarica di modo 2(2,2 kW), devo caricare l’auto per circa due ore e dieci minuti al giorno oppure due volte alla settimana per circa sette ore e mezzo. Invece, con la wall box domestica (modo 3 – 3,7 kW), una volta alla settimana per 11 ore. Se, poi, ricarico l’auto al supermercato (modo 3 – 7,4 kW), è sufficiente una ricarica settimanale di 5 ore. Se la dovessi caricare a 100 kW (Modo 4), basterebbero 20 minuti alla settimana”.

A questo punto, Giuseppe Mauri analizza due scenari di mobilità elettrica, uno “estremo” e uno allineato al PNIEC. Nel primo caso, immaginiamo di trasformare in elettrico tutte le auto presenti in Italia. “Se noi avessimo 34 milioni di auto elettriche (in Italia, in realtà, abbiamo 40 milioni di auto immatricolate, ma 6 milioni non fanno km in quanto auto d’epoca), sarebbe necessari 64 TWh all’anno, circa il 20% della domanda elettrica al 2030. Per soddisfare i 64 TWh servono 8.5 GW di cicli combinati, 5GW di fotovoltaico e 3 GW di eolicoaggiuntivi. Tutto ciò, tenendo conto che le auto caricheranno fondamentalmente di notte”.

Nello scenario PNIEC con 6 milioni di auto elettriche, anziché 64 TWh servono 9 TWh e dal 20% della domanda si scende al 2,7%, soddisfatta da 1.2 GW di cicli combinati, 0.7 GW di fotovoltaico e 0.42 GW di eolico aggiuntivi.

La potenza installa negli ultimi anni in Italia ammonta a 35 GW di cicli combinati, 17 GW di fotovoltaico e 7.5 GW di eolico. “Se guardiamo al PNIEC, da qui al 2030 richiede altri 57 GW di fotovoltaico e 17 GW di eolico. Quindi, al 2030, i consumi dell’auto elettrica saranno meno che niente”. Parliamo perciò di un modello di mobilità generale fattibile, a dispetto dell’opinione comune.

L’impatto in termini di potenza

Per quanto riguarda l’impatto sulla rete in termini di potenza, le ricariche non controllate accentuano le punte di domanda. Occorre gestire i punti di ricarica (pubblici e privati) attraverso le smart grid e gli aggregatori.In ogni caso, l’innovazione tecnologica arriva in soccorso, come mostrano le Wall Box con power management e i modelli di auto che riducono automaticamente la potenza di ricarica per riportare la tensione nei limiti.

Inoltre, una nuova feature è il controllore di infrastrutture di ricarica CIR. “È in grado di leggere la Wall Box e il contatore, con la possibilità di essere controllato da un operatore remoto attraverso il protocollo XMPP. L’operatore remoto può essere un aggregatore o un gestore di una comunità energetica che può modulare le potenze di ricarica dell’auto elettrica, aumentandole o riducendole secondo esigenze temporanee, aggiungendosi al power management che gestisce il controllo locale”.

Contestualmente, l’autorità ha iniziato una sperimentazione che in futuro sarà estesa e che in pratica permetterà agli aderenti di accedere gratuitamente fino ad una potenza di 6 kW nelle ore notturne, al fine di facilitare l’attività dell’aggregatore. Insomma, la sperimentazione permetterà di ottimizzare l’utilizzo delle reti elettriche e mettere anch’essa in moto l’auto elettrica, in modo sostenibile.

Overview e tavola rotonda: i protagonisti

In occasione dell’evento “Powering the Future. Innovazione nei sistemi di ricarica e accumulo”, Omar Imberti, Coordinatore gruppo e-mobility Anie, ha avuto l’onore del primo intervento per fare luce sullo scenario di mercato e sul quadro regolatorio, con un’articolata overview: entro il 2050, il piano europeo prevede di ridurre del 60% le emissioni di CO₂ derivanti dai combustibili fossili impiegati nei trasporti e di consentire la circolazione nei centri urbani europei dei soli mezzi ecologici. Ciò implica un deciso ripensamento rispetto alle tradizionali modalità di spostamento e in questo contesto, facendo leva sulle sinergie tra i comparti rappresentati da Anie Federazione, opera il gruppo e-mobility.

Ad arricchire di riflessioni di scenario, contenuti tecnici e casi d’uso concretil’evento ci hanno pensato con i loro interventi Gerald Avondo Bodino, head of product and services e-mobility, Scame Parre; Massimo Amedoro, product marketing manager, Abb; Francesco Lamberti, chief technology officer, Atlante; e Vincenzo Purgatorio, moderatore dell’incontro. Numerosi i punti di discussione emersi durante la tavola rotonda, tra cui la complessa sfida consistente nel diffondere i sistemi di ricarica per condomini, la necessità di prolungare la vita delle batterie il più possibile con la nascita e lo sviluppo del mercato second-life battery per veicoli elettrici e l’esigenza di approfondire il ruolo dello storage nel fornire servizi di reteflessibili e per ottimizzare i costi dell’energia. Tutto ciò muovendo nuovi investimenti sulle reti elettriche, dove nel 2022 in Europa sono stati sprecati 31 TWh di energia prodotta da fonti rinnovabili, come ha prontamente segnalato il citato rapporto Draghi 2024, presentato di recente e dove l’auto elettrica rappresenta un anello fondamentale nell’abilitare il paradigma della transizione energetica per un’Europa più sicura, indipendente e competitiva.