1. SOMMARIO

I Battery Energy Storage Systems (BESS) rappresentano una delle soluzioni più efficaci e innovative per gestire la crescente domanda di energia elettrica in maniera flessibile e sostenibile. Con l’avvento delle fonti rinnovabili e il bisogno di stabilizzare le reti elettriche, l’interesse per questi sistemi di accumulo è in costante aumento, tanto nel settore industriale quanto in quello residenziale. In questo articolo approfondiremo cosa sono i BESS, come funzionano e perché sono diventati fondamentali nel panorama energetico attuale ma soprattutto affronteremo l’impatto acustico di un impianto Bess derivante dall’installazione di impianti di medio/grande dimensione.

2. Che cosa sono i BESS?

Un BESS è un sistema di accumulo basato su batterie (generalmente al litio, ma non solo) che consente di immagazzinare energia elettrica per poi rilasciarla quando necessario. A differenza dei tradizionali sistemi di generazione “on demand” (come le centrali a gas o a carbone), i BESS permettono di stoccare l’energia prodotta in eccesso, ad esempio da impianti fotovoltaici o eolici, e di utilizzarla in momenti successivi, quando la produzione è inferiore alla domanda o in caso di emergenza.

3. Come funzionano i sistemi BESS?

Il principio di base è relativamente semplice: la batteria si carica quando c’è un surplus di energia (ad esempio nelle ore più soleggiate se combinata a un impianto fotovoltaico) e si scarica quando c’è un deficit (ad esempio di notte o in caso di picchi di domanda).
In un impianto dotato di BESS, troviamo:
1. Unità di controllo e gestione (Battery Management System - BMS): monitora lo stato di carica, la temperatura e le prestazioni della batteria per garantirne la massima efficienza e sicurezza.
2. Convertitore di potenza (inverter/convertitore CC/CA): trasforma l’energia in corrente continua (CC) o alternata (CA), a seconda delle esigenze del sistema e della rete.
3. Batterie vere e proprie, che costituiscono il “cuore” del sistema di accumulo.
Quando la rete o l’impianto locale richiede energia, il BESS interviene, rilasciando la potenza accumulata. Se la domanda è bassa e la fonte rinnovabile produce in eccesso, il sistema ricarica le batterie.
Perché i BESS sono importanti?
Gestione dei picchi di domanda: consentono di assorbire i picchi di carico, evitando blackout o sovraccarichi.
Stabilizzazione della rete: l’energia immagazzinata viene rilasciata in modo controllato per garantire un flusso costante, riducendo oscillazioni di tensione e frequenza.
Integrazione delle rinnovabili: compensano l’intermittenza di fotovoltaico ed eolico, stoccando il surplus quando le condizioni meteo sono favorevoli e distribuendolo quando la produzione è minima.
Riduzione delle emissioni: permettono di ridurre la dipendenza da centrali a combustibili fossili per la produzione di energia di picco.
Autoconsumo: in ambito residenziale o commerciale, un BESS abbinato a un impianto fotovoltaico consente di massimizzare l’autoconsumo di energia autoprodotta, con conseguente risparmio in bolletta.
Campi di applicazione
Settore residenziale: case dotate di impianti fotovoltaici, dove un BESS consente di autoconsumare la maggior parte dell’energia prodotta e di ridurre il prelievo dalla rete.
Edifici commerciali e industriali: strutture che richiedono potenze elevate e devono gestire picchi di carico significativi, oltre a garantire la continuità dell’alimentazione in caso di blackout.
Servizi di rete: i gestori di reti elettriche utilizzano i BESS per servizi di bilanciamento e regolazione della frequenza, con impianti di grandi dimensioni connessi alla rete di trasmissione.
Mobilità elettrica: le batterie dei veicoli elettrici possono rappresentare un grande “serbatoio” di energia distribuita (Vehicle-to-Grid, V2G), integrando e supportando la rete elettrica.

Isola Fisica (Container o Modulo BESS)
Spesso un impianto BESS di media o grande potenza è organizzato in più “isole” fisiche, ovvero container o moduli indipendenti che racchiudono:
1. Racks di batterie: gruppi di celle (tipicamente al litio) installate su scaffalature, dotate di sistemi di fissaggio e protezione.
2. Inverter/convertitori: apparecchiature di potenza che gestiscono il flusso di energia (da corrente continua delle batterie a corrente alternata per la rete, e viceversa).
3. Sistemi di controllo e sicurezza (BMS e PCS):
o Il Battery Management System (BMS) monitora lo stato delle singole celle e assicura che tensione, temperatura e corrente rimangano entro limiti di sicurezza.
o Il Power Conversion System (PCS) gestisce l’interscambio di energia con la rete, stabilendo quando caricare o scaricare le batterie.
4. Sistemi ausiliari (HVAC, antincendio, illuminazione, sensori):
o HVAC (Heating, Ventilation and Air Conditioning) per regolare la temperatura interna del modulo.
o Sistemi di rilevazione fumi e incendi, con eventuale spegnimento automatico a gas inerte o altre soluzioni.
o Sensori (temperatura, umidità, vibrazione) e sistemi di allarme.
In questo senso, un’isola BESS è una unità pressoché autonoma, progettata per funzionare in parallelo con altre isole, oppure per essere espansa o sostituita con facilità. Ciascun modulo ha la propria gestione, ma è interfacciato a un sistema di controllo centrale per coordinare l’intero impianto.

Figura 1 – Esempio di una isola BESS

4. le principali sorgenti sonore di un impianto BESS

In un impianto BESS (Battery Energy Storage System), le principali sorgenti sonore derivano dai componenti elettromeccanici ed elettronici indispensabili al suo funzionamento. In particolare, si possono individuare:
Sistemi di raffreddamento (HVAC)
Ventilatori o condizionatori d’aria che gestiscono la temperatura delle batterie per evitare surriscaldamenti.
Motori elettrici e ventilatori possono generare rumore a bassa e media frequenza.
Inverter e componenti elettronici di potenza
Gli inverter/convertitori AC-DC (e DC-AC) trasformano l’energia tra batteria e rete. Possono emettere ronzii (tipicamente a 50/60 Hz o armoniche superiori) e sibilo ad alta frequenza (switching elettronico).
Sistemi di filtraggio e dispositivi di commutazione (IGBT, MOSFET, ecc.) possono produrre toni udibili, soprattutto se di potenza elevata.
Trasformatori
In sistemi BESS di taglia medio-grande, spesso è presente un trasformatore per l’allacciamento alla rete di media/alta tensione.
Il ronzio del trasformatore (tipicamente a 100 Hz o 120 Hz, e relative armoniche) può essere percepito in prossimità dell’unità di conversione.
Apparati meccanici e strutturali
Vibrazioni meccaniche di supporti e pannellature, specialmente in container prefabbricati (risonanza di pareti metalliche).
Apertura e chiusura di porte o botole per manutenzione possono generare rumori sporadici ma intensi.
Dispositivi ausiliari
Sistemi di emergenza (ad esempio pompe o ventilatori aggiuntivi che si attivano in caso di temperatura fuori limite).
Sistemi di monitoraggio (es. eventuali segnalazioni sonore di allarme o avviso).
In sintesi la lista dei componenti del sistema di accumulo BESS rilevanti dal punto di vista dell’impatto acustico posso essere i seguenti:
• Container BESS: Celle elettrochimiche assemblate in moduli e racks;
• Servizi accessori tra cui quelli di ventilazione e condizionamento aria;
• Sistema bidirezionale di conversione DC/AC (PCS);
• Trasformatori di potenza MT/BT;
• Trasformatore di potenza AT/MT + Apparecchiature AT;
• Container TAC (Servizi ausiliari).

In genere in una prima fase si ritiene che possano essere considerati di scarsa rilevanza, rispetto ai container batterie, i container MV-SW ed il fabbricato di controllo con il locale MT.

5. Esempio di un impatto acustico di un impianto Bess

La valutazione dell'impatto acustico di progetto è stata effettuata utilizzando un complesso programma di calcolo, il quale permette di valutare la propagazione del rumore tenendo conto della morfologia del territorio, in accordo con decine di standard nazionali deliberati per il calcolo delle sorgenti di rumore e, basandosi sul metodo del Ray Tracing, in grado di definire la propagazione del rumore sia su grandi aree, fornendone la mappatura, sia per singoli punti fornendo i livelli globali e la loro scomposizione direzionale.
La valutazione dell’impatto acustico legato alla realizzazione della nuova opera va condotta secondo articolando il procedimento nelle seguenti fasi principali:
1. Caratterizzazione acustica ante operam: si basa sui dati acquisiti durante apposite campagne di misura sul sito, al fine di descrivere la situazione esistente.
2. Elaborazione del modello di simulazione: richiede l’uso del materiale cartografico disponibile per costruire uno scenario tridimensionale, in cui siano inclusi l’area circostante, i ricettori/edifici residenziali prossimi, le sorgenti sonore, le caratteristiche del suolo e le eventuali zone di attenuazione.
3. Valutazione previsionale dell’impatto in fase di esercizio: si calcola il livello di rumore prodotto dall’impianto nelle condizioni operative, considerando le sue sorgenti rappresentative.
4. Verifica del rispetto dei limiti normativi: si confrontano i risultati dei calcoli con i valori di legge applicabili durante la fase di esercizio.

Nello specifico si è trattato di studiare l’impatto prodotto da un impianto costituito da 20 isole che corrisponde a schematizzare 120 sorgenti sonore.
5.1 DATI DI INPUT - SORGENTI SONORE
Di seguito si riporta un esempio di schematizzazione delle diverse componenti di impianto con i relativi dati acustici che sono stati utilizzati nella modellazione.

Container Batterie BESS
Il rumore emesso dal contenitore BESS è stato schematizzata come sorgente areale considerando la parte costituita dal chiller, collocato sulla faccia laterale “corta” del container stesso.
L’areale di emissione è vidibile in figura 2.

Figura 2 – Esempio di sorgente di un container BESS

Il livello di potenza acustica del chiller considerato è pari a LWA 93,0 dBA:
Il calcolo è stato effettuato utilizzando dati rilasciati dal costruttore in terzi di ottave.

Sistema bidirezionale di conversione DC/AC
Anche il Sistema bidirezionale di conversione DC/AC è stato schematizzato come sorgente areale. E’ stato considerato emissivo solo la parte bassa, corrispondente con la griglia di passaggio dell’aria.

La Potenza sonora considerata è stata LwA = 80,0 dB(A) per ogni lato emissivo (solo parte bassa dei lati lunghi)
Anche in questo caso il calcolo è stato effettuato utilizzando dati rilasciati dal costruttore in terzi di ottave.

TRASFORMATORE MT/BT
Il trasformatore MT/BT è stata schematizzato come sorgente puntuale omnidirezionale.
Il livello di potenza acustica cosiderato è pari a Lw = 77 dB(A)

TRASFORMATORE AT/MT
E’ stata schematizzato come sorgente puntuale omnidirezionale.
Il livello di potenza acustica cosiderato è pari a Lw = 94 dB(A)

Tutte le sorgenti sono state considerate in funzione per 24 H.
5.2 MODELLAZIONE TRIMENSIONALE – CREAZIONE DGM
Partendo dai dati di input dell’area oggetto di studio, usando unicamente le curve di livello principali e secondarie, nonché i punti quota, è possibile generare il modello digitale del terreno, che rappresenta la base del sistema rappresentativo; il DGM influenza la propagazione tra sorgenti e ricevitori, e quindi è di particolare importanza in corrispondenza delle sorgenti e dei ricevitori inseriti.
Successivamente è stato necessario ricostruire la distribuzione dei fabbricati ad uso civile, nonché le infrastrutture viarie.
È stato infine necessario inserire tutti quegli elementi che fungono da schermo alla normale diffusione delle onde sonore che normalmente si avrebbe in campo aperto.
Si riporta a seguire stralcio della rappresentazione tridimensionale del Digital Ground Model dell’area in esame.

Figura 3 – DGM

Una volta ricostruito il DGM e caratterizzato le sorgenti esistenti attraverso una campagna di misurazione in loco sia in periodo diurno che notturno è stata effettuata un calcolo della distribuzione spaziale del rumore nell’area in oggetto.
Sono stati individuati una serie di ricettori presso i quali sono stati effettuati anche dei calcoli puntuali.

 

Figura 4 – Distribuzione isofoniche in situazione ANTEOPERAM

A questo punto sono state inserite le nuove sorgenti dovute all’impianto BESS schematizzandole come illustrato nel paragrafo precedente. Dalle immagini successive è visibile la collocazione nell’area dell’intero impianto ed uno zoom su come sono state schematizzate le singole sorgenti sonore

Figura 5 – Ricostruzione elementi impianto BESS

Il passo successivo è stato calcolare i valori di immissione complessiva sia ai ricettori sia effettuando un calcolo della distribuzione spaziale.

Figura 6 – Distribuzione isofoniche in situazione POSTOPERAM

Come si osserva l’impatto è notevole comportando valori di immissione ai ricettori più vicini superiori ai 60 dBA con un aumento in periodo diurno di oltre 10 dBA.
E’ stata effettuata anche una simulazione in sezione per meglio capire la distribuzione dei livelli acustici anche in altezza. Da tale simulazione, calcolata fino a 80 metri si apprezza la portata dei livelli acustici immessi dall’impianto in progetto.

Figura 7 – Distribuzione isofoniche in altezza in situazione POSTOPERAM

Per completezza si riporta una simulazione di dettaglio nell’area di installazione degli impianti. Si osserva come i livelli acustici delle ventole dei chiller si sommano tra le varie isole generando risultati di circa 80 dBA

Figura 8 – Distribuzione isofoniche di dettaglio nell’impianto BESS

6. Modalità di riduzione del rumore di un impianto Bess

Come per ogni intervento di riduzione del rumore si parte dalla sorgente anche in questo caso il primo intervento possibile è utilizzare componenti dell’impianto meno rumorosi con potenze acustiche inferiori almeno di 8-10 dBA.
Altri interventi possibili sono:
In fase di progettazione e Layout dell’Impianto
• Scelta dell’ubicazione:
• Posizionare il BESS in un’area il più possibile distante da zone residenziali o sensibili (scuole, ospedali).
• Prevedere sufficiente spazio per eventuali barriere acustiche o isolamenti aggiuntivi.
• Distribuire ventilatori, inverter e trasformatori in modo da ridurre le riflessioni sonore.
• Prevedere passaggi d’aria lineari (senza bruschi cambi di direzione) per minimizzare le turbolenze.
Sistemi di Insonorizzazione e Controllo delle Vibrazioni
• Contenitori metallici o prefabbricati dotati di pannelli fonoisolanti (lana di roccia, schiume ad alta densità, materiali compositi).
• Riduzione significativa del rumore trasmesso all’esterno, pur garantendo l’accesso per la manutenzione.
• Installazione di barriere acustiche (ad esempio, barriere metalliche fonoassorbenti) attorno ai componenti più rumorosi.
• Pannelli fonoassorbenti interni per ridurre la risonanza nelle pareti del container.
• Sistemi antivibranti (molle o supporti elastomerici) per montare ventilatori, inverter e trasformatori, riducendo la trasmissione delle vibrazioni a strutture metalliche e al suolo.
• Giunti flessibili su condotti e tubazioni per evitare risonanze.
Ventilazione e Sistemi di Raffreddamento Silenziati
• Utilizzo di ventilatori o pompe di calore con pale progettate per minimizzare la turbolenza, spesso dotate di controllo della velocità (inverter) per adattare il regime di funzionamento alle effettive necessità di raffreddamento.
• Inserimento di silenziatori a setti fonoassorbenti lungo i canali di ventilazione, in ingresso e in uscita, per abbattere il rumore aerodinamico.
• Progettare percorsi dell’aria lineari e con dimensioni adeguate, riducendo le perdite di carico e le turbolenze (sorgente principale di rumore).
• Prevedere griglie e prese d’aria con rivestimenti fonoassorbenti.
Controlli e Manutenzione Preventiva
• Monitoraggio acustico continuo con sensori di rumore installati nelle vicinanze del BESS per verificare il rispetto dei limiti normativi e individuare variazioni anomale (guasti a ventilatori, usura di cuscinetti, ecc.).
• Pulizia e lubrificazione periodica dei ventilatori per evitare usura e aumento di rumorosità nel tempo.
• Controllo e sostituzione di supporti antivibranti quando usurati.
Soluzioni Architettoniche e Paesaggistiche
• Realizzazione di muretti, siepi o terrapieni che creino uno “schermo” naturale verso le aree sensibili (residenze, luoghi pubblici).
• Integrare barriere verdi (vegetazione fitta) può aiutare a ridurre la percezione del rumore e a migliorare l’inserimento paesaggistico.
• Mantenere distanze minime tra l’impianto e le proprietà limitrofe, se possibile, per attenuare la propagazione sonora.

Nell’esempio studiato è stata progettata una barriera di altezza 12 m con elemento aggiuntivo di 3 metri posizionato in sommità con inclinazione di 45°.

Figura 9 – Posizionamento della barriera acustica

I risultati ottenuti sono stati i seguenti

Figura 10 – Distribuzione isofoniche in situazione POSTOPERAM con BARRIERA

Figura 11 – Distribuzione isofoniche in altezza in situazione POSTOPERAM con BARRIERA

Come è possibile osservare con la interposizione di una barriera consistente in termini di altezza si ottengo le riduzioni ai ricettori necessari per il rispetto dei limiti acustici.

7. Conclusioni

I Battery Energy Storage Systems stanno assumendo un ruolo di primo piano nella transizione energetica in corso. Grazie alla loro capacità di immagazzinare energia e rilasciarla in maniera flessibile, favoriscono l’integrazione delle fonti rinnovabili, aumentano la stabilità delle reti elettriche e contribuiscono alla decarbonizzazione.
Nonostante le sfide legate ai costi, alla durata delle batterie e alla gestione del fine vita, i BESS rappresentano una tecnologia chiave per affrontare le sfide energetiche future. Con il progresso della ricerca e il calo dei prezzi, assisteremo a un’adozione sempre più massiccia di sistemi di accumulo, sia su scala industriale che residenziale, rendendo più efficiente e pulito il nostro approvvigionamento energetico.
L’installazione di tali impianti però comporta un notevole impatto acustico dato il rumore prodotto dai singoli componenti dell’impianto.
E’ per questo motivo è fondamentale una pianificazione strategica in fare di progettazione che tenga conto anche della componente rumore. In particolare la scelta di sorgenti più silenziose unita ad una collocazione lontana da luoghi abitati può permettere l’utilizzo a pieno regime di tali impianti senza che ne derivi una degradazione del clima acustico dell’area.