G come Grid Forming

Nel contesto della transizione energetica e della progressiva decarbonizzazione del sistema elettrico nazionale, la rete sarà sempre più alimentata da impianti basati su fonti energetiche rinnovabili. Questo passaggio è fondamentale per rendere il settore elettrico più sostenibile nel lungo termine. Tuttavia, l’aumento dell’uso di energie rinnovabili per produrre elettricità comporta una serie di complessità tecniche, in particolare per quanto riguarda la stabilità della rete elettrica. Le fonti rinnovabili non programmabili, come il fotovoltaico e l’eolico, così come i sistemi di accumulo a batteria, non producono direttamente elettricità nel “formato” utilizzato dalla rete elettrica. Per questo motivo, sono collegati alla rete tramite dispositivi elettronici chiamati inverter.

Questi dispositivi servono a trasformare la corrente "continua" (nota con la sigla DC) – generata, ad esempio, dai pannelli solari o immagazzinata nelle batterie – in corrente definita “alternata” (AC), che è il tipo di elettricità usato nella rete elettrica, così come negli impianti domestici o industriali. La corrente alternata, in sostanza, è lo standard per la distribuzione dell’energia elettrica, perché può essere trasportata su lunghe distanze in modo efficiente e può facilmente essere declinata a diversi livelli di tensione (alta, media o bassa) a seconda delle necessità.

Senza questa conversione da corrente continua ad alternata, l’elettricità prodotta o accumulata non potrebbe essere immessa nella rete, né utilizzata negli impianti elettrici comuni. I dispositivi che rendono possibile questa conversione – gli inverter per l'appunto – di fatto consentono l’integrazione dell’energia prodotta da fonti rinnovabili come il fotovoltaico e l’eolico nel sistema elettrico.

Ma c'è un ma. Gli inverter oggi più comunemente utilizzati sono di tipo "grid following" (GF) e funzionano solo quando sono collegati a una rete elettrica già attiva, alla quale si adattano seguendo la frequenza e la tensione già presenti. In altre parole, si limitano a sincronizzarsi con le condizioni esistenti. Questa caratteristica è un vincolo, perché in caso di problemi (ad esempio un blackout) gli inverter Grid Following non riescono da soli a garantire il funzionamento sicuro ed equilibrato della rete. Per questo motivo, la rete elettrica fa ancora affidamento in larga parte sulle centrali termoelettriche convenzionali per assicurare stabilità e sicurezza del sistema.

Eppure, si tratta di impianti che per funzionare devono fare ricorso ai combustibili fossili, contribuendo alle emissioni di gas serra e più in generale alla crisi climatica. Questa dipendenza dalle centrali tradizionali rappresenta una delle principali sfide della transizione energetica, perché pur aumentando la quota di energia rinnovabile nel sistema spesso è ancora necessario continuare a fare affidamento sugli impianti tradizionali per garantire la stabilità della rete.

Per questo la ricerca e l’innovazione tecnologica nel settore elettrico si sono concentrate negli ultimi anni sullo sviluppo di una nuova generazione di inverter, noti come "grid forming" (GFM). A differenza degli inverter convenzionali (GF), gli inverter GFM non si limitano a seguire la rete esistente, ma sono in grado di stabilire attivamente la frequenza e la tensione, comportandosi in modo simile a un generatore tradizionale. Questa capacità li rende particolarmente adatti a garantire la stabilità e l’affidabilità del sistema elettrico.

Sebbene la tecnologia Grid Forming rappresenti una delle soluzioni più promettenti per abilitare una rete elettrica stabile e sicura basata su fonti rinnovabili, la sua diffusione su larga scala è ancora agli inizi. Negli ultimi anni, questa tecnologia è stata oggetto di studi e test sperimentali condotti in vari laboratori di ricerca. Tuttavia, a livello mondiale sono ancora pochi gli impianti realmente operativi che utilizzano inverter Grid Forming integrati in modo stabile al sistema elettrico nazionale, per via di ragioni di natura tecnica, normativa ed economica.

In questo contesto, l’Italia ha recentemente fatto un passo significativo grazie a Terna, che ha messo in esercizio il primo impianto di accumulo a batteria con tecnologia Grid Forming sul territorio nazionale. L’impianto è stato installato e collaudato presso lo Storage Lab, il laboratorio sperimentale dedicato ai sistemi di accumulo elettrochimico, realizzato all’interno della stazione elettrica di Codrongianos, in Sardegna.

Il progetto è nato da un’iniziativa di innovazione oltre tre anni fa. Dopo una fase di analisi e di sviluppo, è stata avviata la sperimentazione in campo, e grazie ai risultati dei test effettuati sarà possibile valutare con maggiore chiarezza le funzionalità di questa tecnologia. Si tratta di un passaggio molto importante, perché il Grid Forming è considerato una tecnologia cruciale nell’evoluzione sostenibile della rete di trasmissione elettrica.

«Di Grid Forming si è cominciato a parlare nell’ambito del progetto europeo OSMOSE, acronimo di Optimal System Mix of Flexibility Solutions for European Electricity, inserito nel programma Horizon 2020. Terna ha avuto un importante ruolo di leader di uno dei dimostratori più complessi e questo ci ha consentito di poter analizzare e approfondire maggiormente il tema sia all’interno dell’azienda sia con i partner del progetto. Grazie al supporto dei nostri colleghi che si occupano nello specifico di monitoraggio, controllo e difesa del sistema elettrico, il passo successivo è stato l’avvio di una vera e propria linea progettuale dedicata al Grid Forming, che è ora giunta a una fase più implementativa», spiega Luca Orrù, Responsabile Innovation Roadmap & Technologies della Innovation Factory di Terna.

Inoltre, per valutare il livello di maturità del Grid Forming - uno dei progetti della più ampia iniziativa di Terna denominata Energy System Innovation (ESI) - l'azienda guidata dall'AD Giuseppina Di Foggia ha realizzato un’indagine di mercato rivolta ai produttori industriali dei settori BESS (sistemi di accumulo) e FER (fonti rinnovabili): alla survey hanno risposto 17 operatori economici, coprendo circa il 60 per cento dei player del mercato. In generale, è emerso un forte interesse da parte dei principali player attivi nell'ambito.

Oltre ad aver svolto approfondimenti con gli stakeholder, Terna – da anni attiva sul tema del Grid Forming – ha condotto attività che spaziano dalla collaborazione con gestori di rete internazionali interessati alla tecnologia alla visita dei principali impianti oggi in esercizio, in aggiunta allo sviluppo di modelli e a sperimentazioni sul campo.

«Questi importanti risultati sono stati raggiunti grazie alla stretta collaborazione tra Innovazione e Dispacciamento, che hanno messo a fattor comune esperienze e competenze differenti» ha dichiarato Giuseppe Lisciandrello, referente Terna del progetto e membro del team Innovation – System Operator Factory. «Il gruppo di lavoro è attivo su diversi filoni e iniziative: a partire dalle evidenze raccolte sia durante la sperimentazione allo Storage Lab di Codrongianos sia attraverso l’indagine di mercato, sarà possibile comprendere limiti e potenzialità di questa tecnologia che nel prossimo futuro avrà un ruolo cruciale nell’evoluzione sostenibile della rete di trasmissione elettrica».