La California guida la rivoluzione V2X con politiche pionieristiche e standard globali
La California sta ridefinendo il ruolo dei veicoli elettrici (VE) nel sistema energetico, trasformandoli da semplici mezzi di trasporto in asset energetici dinamici e fondamentali. Mentre molte regioni del mondo stanno ancora esplorando le potenzialità dell’interazione tra veicoli e rete (vehicle-to-grid, V2G), lo stato americano ha già implementato un approccio integrato e ambizioso, basato su una legislazione visionaria, standard tecnici rigorosi e meccanismi di mercato innovativi. Questa strategia non mira solo a velocizzare l’elettrificazione dei trasporti, ma a sfruttare il potenziale di stoccaggio distribuito rappresentato dalle batterie di milioni di veicoli, trasformandoli in una soluzione chiave per la stabilità della rete, l’integrazione delle energie rinnovabili e la resilienza in caso di eventi climatici estremi.
Il fulcro di questa trasformazione è una chiara e ambiziosa cornice politica. Nel 2019, la California ha approvato il disegno di legge SB 676, una normativa pionieristica che ha autorizzato la California Public Utilities Commission (CPUC) a sviluppare una strategia statale per l’integrazione dei veicoli nella rete, con l’obiettivo esplicito di raggiungere un’applicazione su larga scala della tecnologia V2G entro il 2030. Questo mandato ha fornito un quadro regolatorio stabile, inviando un segnale inequivocabile all’industria automobilistica, ai produttori di infrastrutture di ricarica e agli investitori. La CPUC ha risposto con la Risoluzione D.20-12-029, che ha obbligato le tre principali società elettriche dello stato—PG&E, Southern California Edison (SCE) e San Diego Gas & Electric (SDG&E)—a presentare rapporti periodici sui loro progressi in materia di V2G e a collaborare con il California Independent System Operator (CAISO) per progettare meccanismi di mercato all’ingrosso che permettano alle risorse distribuite dei veicoli di partecipare ai mercati energetici.
La vera rivoluzione è arrivata con la proposta del disegno di legge SB 233. Questo progetto, che ha superato con successo il Senato ed è in fase avanzata di approvazione nell’Assemblea, conferirebbe alla California Air Resources Board (CARB) l’autorità per stabilire standard tecnici e requisiti amministrativi obbligatori per la funzionalità V2X (vehicle-to-everything) su tutti i nuovi veicoli elettrici. Se diventerà legge, la California sarà la prima giurisdizione al mondo a richiedere che i nuovi veicoli siano dotati di capacità di ricarica bidirezionale. Questo passo strategico è cruciale: mentre la CPUC regola l’integrazione con la rete, la CARB regola i veicoli. Questa divisione delle responsabilità crea un sistema a doppia via che assicura che sia il lato dell’offerta (i veicoli) sia quello della domanda (l’infrastruttura) evolvano in modo coordinato e simultaneo, eliminando un collo di bottiglia chiave per l’adozione di massa.
Questa chiarezza regolamentare ha sbloccato un’ondata di investimenti e sviluppo. Uno dei risultati più tangibili è il lancio di programmi pilota su larga scala. Nel 2022, la CPUC ha approvato un ambizioso programma pilota V2X da 11,7 milioni di dollari di PG&E, che implementerà tecnologia bidirezionale su 1.400 veicoli. Il programma copre tre scenari distinti: veicoli privati, flotte commerciali e microreti. I partecipanti non sono semplici soggetti di test; sono agenti attivi nella gestione della rete. Ad esempio, i proprietari di veicoli che partecipano al programma di risposta alla domanda di emergenza possono ridurre automaticamente la ricarica o addirittura iniettare energia dalle loro batterie nella rete durante i periodi di massimo stress, come le ondate di calore o gli incendi boschivi, momenti in cui la rete è più vulnerabile.
Ciò che rende questi programmi pilota veramente trasformativi è la loro struttura finanziaria. La CPUC ha autorizzato le società elettriche a fornire sussidi diretti ai partecipanti per coprire i costi di installazione e funzionamento delle attrezzature di ricarica bidirezionale. Questi costi vengono recuperati attraverso le tariffe di trasmissione e distribuzione, il che significa che vengono socializzati tra tutti gli utenti di energia elettrica. Questa strategia elimina la principale barriera all’ingresso: l’alto costo iniziale della tecnologia. Trattando l’infrastruttura V2X come un bene pubblico, simile alle strade o alla rete in fibra ottica, la California riconosce il suo valore sistemico per migliorare la resilienza della rete e consentire una più profonda integrazione delle energie rinnovabili.
Oltre agli incentivi finanziari, la California ha affrontato sfide tecniche e regolamentari fondamentali. Una delle più significative è stata la mancanza di un sistema di misurazione standardizzato ed economico per il flusso di energia bidirezionale. I contatori tradizionali delle società elettriche non sono progettati per misurare l’energia che fluisce dal veicolo verso la rete, e l’installazione di contatori dedicati ad alta precisione è costosa. Per risolvere questo problema, nell’agosto 2022 la CPUC ha approvato il primo protocollo di misurazione subordinata per veicoli elettrici plug-in del paese. Questo protocollo permette l’uso di contatori secondari leggeri e a basso costo—sia indipendenti che integrati nelle stazioni di ricarica—che possono tracciare con precisione sia la ricarica che la scarica di energia. Questi contatori secondari possono essere di proprietà della società elettrica o di terzi, offrendo flessibilità nei modelli di distribuzione. Scollegando la misurazione dal contatore principale della compagnia elettrica, la California ha creato un percorso scalabile ed economico per consentire a milioni di veicoli dietro il contatore di partecipare ai servizi di rete.
Questa innovazione regolamentare è accompagnata da progressi tecnici accelerati negli standard. La California è stata leader globale nel promuovere l’interoperabilità attraverso protocolli aperti e neutri. A livello di veicolo-stazione di ricarica, lo stato ha fortemente sostenuto lo standard ISO 15118-20, finalizzato nell’aprile 2022. Questo standard rappresenta un salto quantico rispetto al suo predecessore, ISO 15118-2, poiché supporta completamente la ricarica bidirezionale nei sistemi in corrente alternata (CA), corrente continua (CC), ricarica wireless e per pantografo. Introduce funzioni avanzate di supporto alla rete, come le modalità “seguitore di rete” e “formante di rete”, che permettono ai veicoli non solo di rispondere ai segnali della rete, ma di aiutare attivamente a stabilizzare tensione e frequenza. La sicurezza è stata anche notevolmente migliorata, con crittografia TLS 1.3 obbligatoria, autenticazione reciproca e maggiore agilità crittografica per difendersi da minacce future.
Per quanto riguarda la comunicazione tra la stazione di ricarica e la rete, la California ha promosso il Protocollo di Punto di Ricarica Aperto (OCPP), in particolare la versione 2.0.1. Mentre le versioni precedenti di OCPP consentivano solo una ricarica intelligente di base, OCPP 2.0.1 permette un controllo esterno reale da parte di sistemi di gestione dell’energia (EMS) di terze parti. Ciò consente alle società elettriche, agli operatori di centrali elettriche virtuali o agli aggregatori di inviare piani di ricarica dinamici a intere flotte di veicoli elettrici, ottimizzando il loro funzionamento in base alle condizioni di rete in tempo reale, ai prezzi dell’elettricità o alle previsioni di generazione rinnovabile. Il protocollo facilita anche l’integrazione perfetta con ISO 15118, garantendo un’interoperabilità end-to-end dalla batteria del veicolo al centro di controllo della rete.
Forse più importante, la California ha stabilito un quadro integrale di standard di interconnessione “veicolo-stazione di ricarica-rete” (V2X). Questo sistema a più livelli garantisce la sicurezza, l’affidabilità e le prestazioni di tutti i componenti. A livello di rete, IEEE 1547-2018 definisce i requisiti tecnici per le risorse energetiche distribuite, inclusi i sistemi V2X, coprendo aspetti come la ripresa dopo cadute di tensione e frequenza, la protezione dall’isola e la qualità dell’energia. Per la comunicazione, IEEE 2030.5 è stato adottato come protocollo predefinito nell’ambito della Regola 21, lo standard di interconnessione californiano per le risorse energetiche distribuite.
Sul lato dell’attrezzatura, Underwriters Laboratories (UL) ha aggiornato il suo standard UL 1741 per coprire i dispositivi V2X in CC, che vengono trattati come inverter stazionari. Un documento complementare, UL 1741-SC, è in fase di sviluppo per affrontare i sistemi V2X in CA, dove l’inverter è mobile e integrato nel veicolo. Questo è un vuoto critico, poiché la maggior parte dei veicoli attuali utilizza caricabatterie a bordo per la ricarica in CA. Per colmare questa lacuna, la Society of Automotive Engineers (SAE) sta rivedendo il suo standard J3072 per garantire che i caricabatterie a bordo soddisfino i requisiti di supporto alla rete di IEEE 1547. Insieme, questi standard formano un quadro robusto e interconnesso che assicura che qualsiasi sistema V2X implementato in California sarà sicuro, affidabile e interoperabile.
Gli sforzi della California non si limitano ai suoi confini. Riconoscendo che V2X è una sfida nazionale, lo stato ha stretto un’alleanza con il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) e i leader dell’industria per lanciare una collaborazione nazionale V2X. Questa iniziativa riunisce 17 laboratori nazionali per accelerare la ricerca e lo sviluppo, i test e la commercializzazione. Il suo obiettivo è produrre una roadmap nazionale V2X entro il 2024, stabilire banche di prova condivise e sviluppare le migliori pratiche per la cibersicurezza. Allineando gli sforzi statali e federali, la California sta aiutando a creare un ecosistema nazionale unificato che può scalare V2X oltre i progetti pilota verso un’implementazione generalizzata.
Il successo finale di V2X, tuttavia, dipende non solo dalla tecnologia e dalla regolamentazione, ma anche dall’economia. La California capisce che i conducenti parteciperanno solo se verranno compensati in modo equo. Per questo motivo, lo stato sta riformando sia i meccanismi di mercato al dettaglio che all’ingrosso. Sul mercato al dettaglio, la CPUC ha approvato un pilota di prezzi in tempo reale per veicoli elettrici commerciali, dove il costo dell’elettricità viene calcolato in base al costo marginale dell’energia, al costo di deviazione e al costo marginale della capacità di generazione (MGCC). Il componente MGCC è particolarmente innovativo: riflette il costo reale di aggiungere capacità di generazione per soddisfare la domanda di picco, creando forti segnali di prezzo durante le ore critiche. Ciò incentiva i veicoli elettrici a ricaricare quando l’energia è economica e abbondante, e a scaricare quando la rete è sotto stress e i prezzi sono alti.
Ancora più rivoluzionario è il passo della California per stabilire la prima tariffa di esportazione V2G del paese. Nell’ottobre 2022, PG&E ha annunciato che offrirà ai proprietari di veicoli elettrici commerciali una compensazione per l’energia che iniettano di nuovo nella rete. Questo passo segna un cambiamento storico: i veicoli elettrici non sono più solo consumatori di elettricità, ma anche produttori. Integrando V2X nel quadro della Misurazione Neta dell’Energia (NEM), la California sta estendendo gli stessi principi che hanno guidato l’adozione dell’energia solare residenziale ai veicoli elettrici.
A livello all’ingrosso, la California si sta preparando per consentire ai veicoli elettrici di partecipare ai mercati del CAISO attraverso il modello di Aggregatore di Risorse Energetiche Distribuite (DERA), sviluppato in risposta all’Ordine 2222 della FERC. Secondo questo modello, i veicoli elettrici e altre risorse distribuite possono essere aggregate in unità DERA da 0,1 a 20 MW, situate nello stesso punto di aggregazione del carico secondario. Queste unità possono offrire sul mercato come iniettori di energia o riduttori della domanda, con liquidazione e pagamento indipendenti. Crucialmente, le regole impediscono il “doppio conteggio”: una risorsa non può essere pagata due volte per la stessa energia nei mercati al dettaglio e all’ingrosso. Ciò garantisce l’integrità del mercato mentre permette nuovi modelli di business per aggregatori e operatori di flotte.
Le implicazioni della strategia V2X della California si estendono ben oltre lo stato. Come quinta economia più grande del mondo e leader nelle politiche ambientali, le azioni della California hanno spesso un effetto domino globale. I produttori di automobili che progettano veicoli per il mercato californiano probabilmente distribuiranno tecnologia simile in tutto il mondo. I produttori di attrezzature di ricarica allineeranno i loro prodotti agli standard della California per accedere a questo mercato redditizio. Altri stati e paesi studieranno il quadro regolamentare e di mercato della California mentre sviluppano i propri quadri V2X.
In conclusione, la California non sta costruendo semplicemente una rete più intelligente; sta costruendo un nuovo paradigma energetico. Trattando i veicoli elettrici come centrali elettriche mobili, lo stato sta sbloccando una risorsa immensa e sottoutilizzata che può migliorare l’affidabilità della rete, ridurre le emissioni e potenziare i consumatori. Le politiche, gli standard e le riforme di mercato in corso non sono iniziative isolate; formano una strategia coerente e integrata che sta stabilendo il ritmo globale per il futuro dei trasporti e dell’energia. Mentre il mondo osserva, la California sta dimostrando che l’auto del futuro non guiderà solo; alimenterà le nostre case, le nostre città e il nostro futuro energetico pulito.
Li Lili, Zhang Jian, Liu Yuwei, Liu Xiaonan, Zu Guoqiang, Department of Electrical Engineering, Tsinghua University; Key Laboratory of Smart Power Grids, Tianjin University; State Grid Tianjin Electric Power Company; State Grid Tianjin Electric Power Research Institute. Published in Automation of Electric Power Systems, Vol. 48 No. 7, Apr. 10, 2024. DOI: 10.7500/AEPS20230621005