Peak shaving: come calcolare il risparmio reale di una batteria

A ogni incontro sull'accumulo un'azienda fa la stessa domanda: quanto ci fa risparmiare?

La risposta che di solito torna è un unico numero annuo, ottenuto moltiplicando la capacità della batteria per il prezzo dell'energia per 365. È pulito, è facile da produrre ed è quasi sempre troppo alto. Supera la trattativa commerciale e poi si sgretola davanti a un direttore finanziario che chiede cosa succede nei giorni in cui la batteria non completa un ciclo.

Il risparmio non è capacità per prezzo. È una differenza di prezzo, catturata un numero limitato di volte all'anno, meno l'energia persa nel percorso. Modellare il peak shaving significa esattamente questo.

L'articolo costruisce il modello prima sugli oneri di rete britannici, dove il confine fra costi influenzabili e costi fissi è stato tracciato dal regolatore nel modo più netto, poi lo porta in Italia, dove la stessa aritmetica passa per le fasce orarie e per la quota potenza.

Che cos'è il peak shaving?

Peak shaving significa scaricare energia accumulata nelle ore in cui l'elettricità costa di più, o in cui la potenza richiesta dal sito raggiunge il massimo, così da prelevare meno dalla rete proprio in quei momenti. Il carico non cambia. Cambia la fonte che lo copre.

Il meccanismo è una differenza di prezzo: l'energia si compra quando costa poco, si tiene e si usa quando l'alternativa sarebbe stata cara. Nel linguaggio dei mercati si chiama arbitraggio, ma il termine viaggia male, perché su un sito reale il valore appare come una bolletta più bassa e non come un'operazione. Per il modello contano l'ampiezza della differenza, quante volte all'anno si riesce a catturarla e quanta energia si perde nel farlo.

Dalla definizione seguono tre conseguenze, ognuna delle quali smonta un'assunzione diffusa:

• Una batteria più grande non fa risparmiare in modo proporzionale. Quando copre l'intera finestra cara, la capacità in più resta ferma.
• Una tariffa più economica non è automaticamente migliore. Un prezzo medio basso senza variazione oraria non lascia alla batteria nulla su cui lavorare.
• Il risparmio è limitato dal numero di cicli utili, non dalle ore dell'anno.

Non è un'applicazione di nicchia. L'accumulo cresce più rapidamente di qualsiasi altra tecnologia pulita disponibile sul mercato, e spostare energia fra periodi di prezzo diverso è la ragione dominante per cui viene installato^[1].

Peak shaving, spostamento dei carichi e continuità sono tre risparmi diversi

Questi tre vengono fusi di continuo in un unico numero, e non dovrebbero. Nascono da voci diverse della bolletta e dimensionano la batteria in modo diverso.

Inoltre competono per lo stesso apparecchio. Un sito che pretende da una sola batteria quattro ore di autonomia e un peak shaving aggressivo sta chiedendo agli stessi kWh di stare in due posti insieme, e un modello che somma i due risparmi conta due volte. I quadri di valutazione dell'accumulo trattano esplicitamente questo problema di stacking, perché un flusso di valore contato due volte è il modo più comune in cui un business case si gonfia da solo^[2].

Lo spostamento dei carichi non costa nulla, quindi si usa per primo: se un processo può davvero girare alle due di notte invece che alle cinque del pomeriggio, deve farlo. Il peak shaving ripaga il capitale sui carichi che non si spostano, e questo insieme cresce mentre i siti elettrificano calore e trasporti, come raccontato in la sicurezza energetica comincia nell'edificio.

Quali voci della bolletta una batteria può davvero ridurre

È il passaggio che quasi tutti i modelli saltano, ed è dove il numero si rompe. Una bolletta commerciale non è un prezzo unico: è una pila di componenti, e la batteria ne tocca solo alcune.

Componente energia, fatturata a kWh. Qui vive il prezzo per fasce ed è qui che la batteria guadagna sulla differenza. Nel Regno Unito comprende anche la parte di oneri di rete ancora suddivisa per fasce: le bande Red, Amber e Green continuano ad applicarsi alla quota che resta nel corrispettivo unitario^[4]. La banda rossa, una finestra stretta nel pomeriggio e nella prima serata dei giorni feriali, è dove la batteria fa la maggior parte del lavoro.

Quota potenza, fatturata a kW. Si basa sulla potenza impegnata o sul picco massimo misurato nel periodo, non sul consumo totale, e si comporta in modo completamente diverso. La componente energia premia la costanza quotidiana: un ciclo saltato costa il risparmio di una giornata e nulla più. La quota potenza premia il non sbagliare mai, perché un solo intervallo non coperto fissa l'importo dell'intero periodo. Il risparmio in energia è quindi limitato dalla capacità in kWh, la riduzione del picco dalla potenza in kW, e lo stesso sito può richiedere batterie diverse a seconda di quale strato pesa di più sulla sua bolletta.

Voci fisse e non evitabili. È lo strato che gonfia silenziosamente i business case, e nel Regno Unito è cresciuto per decisione del regolatore: il Targeted Charging Review di Ofgem ha stabilito che i costi residui di rete siano riscossi come corrispettivi fissi^[3]. Il costo residuo vale circa il 90% dell'onere di trasmissione e circa il 50% di quello di distribuzione, con differenze regionali, e la banda fissa di un sito è assegnata in base a tensione, potenza e storico dei consumi, non a ciò che il sito fa quest'anno. La parte distribuzione si applica da aprile 2022, quella trasmissione da aprile 2023^[4].

La conseguenza è netta: una fetta consistente del costo di rete è per costruzione fuori dalla portata della batteria, e un modello che le accredita la riduzione di un costo medio per kWh sovrastima il risultato all'incirca della dimensione di quella fetta.

Come una tariffa a fasce cambia il conto

Una tariffa a fasce applica prezzi diversi in momenti diversi della giornata invece di un prezzo unico. Per una batteria è la differenza fra avere un business case e non averlo.

Il numero che conta è la differenza, non la media. Si prendano due tariffe con lo stesso prezzo medio annuo, dove la prima varia nell'arco della giornata di una frazione di centesimo al kWh e la seconda di nove volte tanto. La batteria guadagna circa nove volte di più sulla seconda, mentre il costo medio dell'energia del sito resta identico. Un ufficio acquisti che ottimizza solo sul prezzo medio più basso può distruggere in silenzio il business case, e nessuno se ne accorge finché il risparmio non arriva. "Su quale tariffa deve stare questo sito?" e "quanto farà risparmiare la batteria?" sono la stessa domanda posta due volte.

Oltre all'ampiezza contano due proprietà. La prevedibilità, perché una tariffa a fasce fisse si modella come un ciclo giornaliero ripetibile mentre una a prezzo dinamico no. E la coincidenza con il carico, perché una differenza ampia in prima serata non serve a un sito che chiude nel pomeriggio.

Perché le medie annue sovrastimano il risparmio

Per modellare servono gli input del sito: un anno intero di dati a intervalli, la struttura tariffaria compresa la misura della quota potenza, il profilo di produzione se c'è fotovoltaico, e capacità utile, potenza, rendimento e curva di degrado della batteria. Senza, quello che si ha è una stima travestita da modello.

Anche con questi dati le medie falliscono per un motivo preciso: il valore della batteria dipende dalla coincidenza fra prezzo alto e carico alto, e la media distrugge proprio quell'informazione. Si perdono quattro cose:

1. I giorni senza ciclo completo. Fine settimana, fermi impianto, festività e giornate in cui il carico è troppo basso per assorbire una scarica completa. Un sito operativo 250 giorni non cattura 365 cicli, qualunque cosa consenta la scheda tecnica.
2. I vincoli di stato di carica. Se la finestra economica è troppo corta per ricaricare, la cattura del giorno dopo è parziale.
3. Le perdite di andata e ritorno. Con un rendimento dell'88% si comprano circa 1,14 kWh per ogni kWh erogato, e la differenza si paga al prezzo basso.
4. Il degrado. Un business case a dodici anni costruito sulla capacità utile del primo anno sovrastima ogni anno successivo.

Nessuna di queste è esotica. Tutte e quattro sono note in fase di progetto, e ometterle produce esattamente la cifra che l'ufficio finanziario del cliente smonta in una riunione.

I dati a intervalli non sono opzionali. Un modello costruito sui totali mensili non distingue un sito con un picco netto di 90 minuti da uno con profilo piatto e stesso consumo annuo, e i due hanno casi di accumulo completamente diversi. Se i dati a intervalli mancano davvero, lo si scriva nel preventivo e si marchi il risultato come indicativo.

Un esempio numerico e le sue assunzioni

Le cifre che seguono sono illustrative. I prezzi dell'energia per le imprese sono contrattati sito per sito, quindi ognuno di questi valori è un input specifico. L'esempio serve a mostrare come si comporta il calcolo, non a fornire numeri riutilizzabili.

Il calcolo ingenuo, quello che arriva nella maggior parte dei primi preventivi:

100 kWh x 0,18 £ x 365 giorni = 6.570 £ all'anno

Lo stesso sito, modellato correttamente:

100 kWh x 0,32 £            = 32,00 £ coperti in fascia cara
(100 kWh / 0,88) x 0,14 £   = 15,91 £ di costo di ricarica
(32,00 £ - 15,91 £) x 250 giorni = 4.023 £ all'anno

Il divario è circa del 40%, e non deriva da assunzioni pessimistiche. Deriva dal contare solo i giorni in cui la batteria può lavorare e dal pagare l'energia persa nel percorso. Si noti dove agisce il rendimento: non sulla differenza di prezzo, ma sull'energia acquistata, perché 1 kWh erogato in fascia cara ne costa 1/0,88 in fascia economica. Aggiungendo il degrado del primo anno, il secondo anno scende ancora.

Quei 4.023 £ sono inoltre solo la componente energia. Un picco misurato o una potenza impegnata sono un secondo flusso, calcolato dall'intervallo più alto di ogni periodo di fatturazione, prima e dopo la batteria, sugli stessi dati. Quello che non sono è una quota delle voci fisse, che restano dove sono qualunque cosa faccia la batteria.

Mostri entrambe le cifre nel preventivo. Il numero ingenuo accanto a quello modellato, con la differenza spiegata, convince più della sola cifra prudente: dimostra che il risultato viene da un modello e non da una moltiplicazione, ed è esattamente ciò che un compratore scettico sta verificando.

Italia: una fascia di punta lunga undici ore

In Italia la struttura oraria è pubblica e stabile, il che è un vantaggio per il modello, ma la forma delle fasce cambia il modo in cui la batteria va dimensionata.

F1 dura undici ore. La fascia di punta va dal lunedì al venerdì dalle 8 alle 19, esclusi i festivi; la F2 copre le fasce intermedie del mattino presto e della sera più il sabato dalle 7 alle 23; la F3 comprende le notti dalle 23 alle 7 e le domeniche e i festivi per intero^[5]. Il confronto con mercati che hanno una punta di tre o quattro ore è il punto decisivo: una batteria da 100 kWh non copre undici ore di prelievi industriali. Il modello quindi non deve chiedersi se la batteria copre la fascia F1, ma quali ore di F1 conviene coprire, e la risposta si legge nel profilo del sito, non nella tariffa.

Questo cambia anche il criterio di dimensionamento. Dove la punta è breve, si dimensiona per coprirla tutta. Dove la punta è lunga, si dimensiona per coprire le ore a carico più alto dentro la punta, e la capacità aggiuntiva rende sempre meno: le prime ore coperte valgono molto, le ultime quasi nulla. Un preventivo che propone una batteria più grande deve mostrare la curva di questo rendimento decrescente, non solo il totale.

La domenica è interamente in F3. Per un sito che lavora dal lunedì al venerdì significa che la settimana offre cinque finestre di cattura piene, non sette, e il sabato in F2 vale meno. È la stessa aritmetica dei giorni operativi vista sopra, ma qui è la tariffa stessa a dirlo: il calendario delle fasce e il calendario di produzione del sito vanno sovrapposti prima di scegliere un numero di cicli.

La quota potenza resta un conto separato. La componente legata alla potenza impegnata premia il non superare mai il valore contrattuale, mentre la componente energia premia la ripetizione quotidiana. Nel preventivo vanno tenute su due righe distinte, con livelli di confidenza diversi.

Le strutture tariffarie dei due mercati sono mantenute per paese in tariffe e normative e, per il Regno Unito, in UK solar tariffs and regulations.

Che cosa cambia nel residenziale

Lo stesso meccanismo guida il mercato domestico, con tre differenze. La differenza fra le fasce è spesso proporzionalmente più ampia, perché le offerte costruite attorno alla ricarica notturna accostano un prezzo basso di notte a uno alto in serata. La batteria è molto più piccola, quindi il ritorno dipende dal costo per kWh installato quanto dalla tariffa. E la quota potenza di solito non pesa allo stesso modo, il che toglie il secondo strato e lascia il caso appoggiato solo sulla differenza.

Non serve fotovoltaico per nulla di tutto questo: una batteria domestica può caricarsi di notte e scaricarsi nel picco serale senza alcuna produzione, ed è una seconda linea di prodotto venduta sulla tariffa invece che sul tetto. La disciplina non cambia: un preventivo residenziale costruito su 365 cicli perfetti è sbagliato esattamente come uno commerciale.

Come far sopravvivere il numero all'ufficio acquisti

Una cifra di risparmio è un'affermazione, e verrà messa alla prova. A reggerla non è la prudenza, è mostrare il lavoro.

• Pubblichi la tabella delle assunzioni. Differenza, cicli, rendimento, degrado e giorni operativi, visibili nel documento. Chi vede gli input discute gli input, invece di liquidare il risultato.
• Dia un intervallo, non un punto. Modelli uno scenario sfavorevole con differenza più stretta e meno cicli. Un intervallo motivato convince più di un singolo numero sicuro di sé.
• Tenga separati i flussi di valore. Risparmio sulla componente energia, quota potenza, autoconsumo e continuità hanno livelli di confidenza diversi, e un numero unico nasconde quale parte è solida.
• Dichiari il metodo. Un semplice tempo di ritorno e un costo livellato sulla vita utile rispondono a domande diverse.

Tutto questo conta perché la forma della rete continua a muoversi. La duck curve ha già cambiato quando l'energia è cara nei mercati ad alta penetrazione solare, e le strutture tariffarie seguono la curva: il Regno Unito ha spostato buona parte del costo di rete fuori dalla portata dello spostamento dei carichi, e le fasce italiane sono a loro volta oggetto di revisione periodica. Un modello con assunzioni visibili si ricalcola quando cambiano le regole. Un numero singolo no. La stessa disciplina vale a monte, dove una stima di produzione è solida quanto l'analisi delle ombre e il dimensionamento delle stringhe che la sostengono.

Come solarVis lo mette in pratica

Il peak shaving è un problema di dati prima che di batterie. Nella modellazione delle batterie di solarVis un sistema di accumulo viene simulato ora per ora sul profilo di consumo del sito e sulla struttura tariffaria applicabile, così il risparmio esce da un anno simulato di esercizio e non da una moltiplicazione. Tariffe e normative sono supportate in oltre 45 paesi, il che qui conta perché proprio le voci che rendono prezioso il peak shaving sono quelle che cambiano di più fra un sito italiano e uno britannico.

Il livello tariffario fa la maggior parte del lavoro, perché è ciò che trasforma una curva di dispacciamento in denaro. Accanto allo schema orario e alla quota potenza porta scaglioni, quote fisse, aliquota IVA, ipotesi di inflazione e fattura minima^[7]. Il campo della quota fissa è il posto in cui mettere le voci non evitabili, così restano visibili nel modello e fuori dal risparmio attribuito alla batteria. Sul lato batteria, il Backup Reserve Rate è il campo da sorvegliare per il doppio conteggio descritto sopra: decide esplicitamente quanta capacità viene sottratta al ciclo^[6].

Due limiti vanno dichiarati. La simulazione lavora su base oraria, quindi un picco realmente inferiore all'ora, per esempio uno spunto di avviamento, viene smussato, e questo pesa soprattutto sulla quota potenza. E non esiste una modalità di dispacciamento dedicata al peak shaving: le strategie documentate sono autoconsumo, backup e autonomia, e l'economia passa dal motore tariffario che prezza quel dispacciamento sulle fasce reali.