i sistemi di accumulo nelle reti elettriche di bassa...
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I sistemi di accumulo nelle reti elettriche di bassa tensione:
tecnologie e applicazioni
Ing. Biagio Di Pietra
Workshop: Batterie e Sistemi di Accumulo 8 Novembre 2016 - Rimini Fiera
ARGOMENTI
• CONTESTO REGOLATORIO DI RIFERIMENTO
• TECNOLOGIE IMPIEGATE PER I SISTEMI DI ACCUMULO NELLE RETI ELETTRICHE (CENNI)
• SCHEMI DI CONNESSIONE PREVISTI DALLA NORMATIVA TECNICA • SERVIZI OFFERTI ALLA RETE E ALL’UTENTE FINALE
• SISTEMA DI ACCUMULO SPERIMENTALE INSTALATO PRESSO ENEA C.R CASACCIA
• L’ ACCUMULO NEI SISTEMI IBRIDI TERMICI - ELETTRICI
Introduzione
Fonte. corriere.it
Un recente report di IHS (Centro Ricerche Americano), prevede una rapida crescita delle batterie connesse alla rete (mondiale), dai 300 MW del 2012 ai 6 GW nel 2017, per arrivare nel 2020 a 40 GW di potenza totale installata nel mondo,
Applicazione principale dei sistemi di accumulo nei contesti isolati o critici (anni ’90)
L’evoluzione della generazione distribuita e delle fonti rinnovabili non programmabili (FRNP) ha portato l’accumulo da componente presenti nei sistemi isolati a componente fondamentale nella gestione delle nuove Smart Grid
Evoluzione della generazione distribuita in Italia
AEEGSi: Delibera 574/2014/R/EEL
Nella Delibera 574/2014/R/EEL vengono riportati gli orientamenti dell'Autorità per definire, in sede di prima applicazione, le modalità di accesso e di utilizzo della rete pubblica nel caso di sistemi di accumulo (elettrochimico).
Prima del presente provvedimento gli unici sistemi di accumulo richiamati nella regolazione vigente erano gli impianti di pompaggio e due progetti pilota per sistemi di accumulo elettrochimico nelle reti AT (288/2012/R/eel):
Prime disposizioni relative all’integrazione dei sistemi di accumulo di energia elettrica nel sistema elettrico nazionale
Due progetti “power intensive” da 16 MW complessivi per Piano di Difesa di terna 2012 Sei progetti “energy intensive” da 35 MW complessivi per Piano Difesa di Terna 2011
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• le disposizioni per la connessione alla rete dei sistemi di accumulo (regole tecniche); • le condizioni per l’erogazione del servizio di trasmissione e distribuzione e
dispacciamento in presenza dei sistemi di accumulo; • le disposizioni inerenti l’erogazione del servizio di misura in presenza di sistemi di
accumulo; • le condizioni per l’utilizzo dei predetti sistemi di accumulo per la corretta erogazione
di strumenti incentivanti o dei regimi commerciali speciali (ritiro dedicato e scambio sul posto).
In particolare con riferimento alla prima variante della Norma CEI 0-16 e alla variante 2 della CEI 0-21 (bassa tensione) vengono definiti:
AEEGSi: Delibera 574/2014/R/EEL
PRINCIPALI DISPOSIZIONI
Con successivo provvedimento, a seguito dell’aggiornamento, da parte del CEI, della Norma CEI 0-16 (di seguito: Variante 1) e della Norma CEI 0-21 (di seguito: Variante 2) Completa il quadro regolatorio definendo anche i servizi di rete che devono essere prestati dai sistemi di accumulo e puntualizza la definizione di sistemi di accumulo, specificando che i sistemi di accumulo per i quali trova applicazione la regolazione dell'Autorità (e che quindi sono trattati come gruppi di produzione) sono anche i sistemi in grado di alterare i profili di scambio (prelievo e immissione) con la rete elettrica.
Delibera AEEGSi 642/2014/R/eel Servizi di rete e Definizione sistema di accumulo
Escludendo i sistemi di emergenza (UPS) che entrano in funzione solo in corrispondenza dell'interruzione dell'alimentazione dalla rete elettrica per cause indipendenti dalla volontà del soggetto che ne ha la disponibilità
Delibera AEEGSi 642/2014/R/eel Obblighi e certificazioni sistemi di accumulo
I requisiti tecnici (CEI 0-16 e CEI 0-21 V2), devono essere obbligatoriamente rispettati da tutti i sistemi di accumulo per i quali viene presentata richiesta di connessione dal 21 novembre 2014 (data di entrata in vigore della deliberazione 574/2014/R/eel); Per le connessioni dei sistemi di accumulo nelle reti di bassa tensione, nell’attesa delle disposizioni della nuova CEI 021, il richiedente è tenuto ad allegare al regolamento di esercizio anche una dichiarazione sostitutiva di atto di notorietà dal costruttore del sistema di accumulo, attestante che il medesimo sistema è conforme a quanto previsto dalla Variante 1 alla seconda edizione della Norma CEI 0-21 nella versione consolidata
Le modalità di prova per le certificazioni sono adesso riportate dalla della CEI 0-21 di Luglio 2016
I ritardi nell’attivazione delle funzioni P(f) e Q(V) per i sistemi di accumulo previste dalla Variante alla Norma CEI 0-16 e dalla Variante alla Norma CEI 0-21 sono obbligatorie per gli impianti di produzione per i quali viene presentata richiesta di connessione dall’1 settembre 2016;
Nel caso di impianti fotovoltaici fino a 20 kW in scambio sul posto che accedono agli incentivi di cui ai decreti interministeriali 28 luglio 2005 e 6 febbraio 2006 l’installazione di sistemi di accumulo non è operativamente compatibile con l’erogazione degli incentivi di cui ai medesimi decreti interministeriali. Nel caso di impianti di produzione che accedono alle tariffe onnicomprensive, ai fini della corretta erogazione dei predetti incentivi, la misura dell’energia elettrica assorbita e rilasciata dai sistemi di accumulo, è sempre necessaria Ai fini dell’ammissibilità agli strumenti incentivanti si considera esclusivamente la potenza della parte dell’impianto di produzione di energia elettrica al netto dei sistemi di accumulo, anche nei casi in cui tale sistemi siano parte integrante della medesima unità di produzione
Delibera 574/2014/R/eel : art.6 - Condizioni per l’utilizzo di sistemi di accumulo in presenza di impianti incentivati
E’ previsto il collegamento di SdA (sistemi di accumulo) con impianti FV incentivati secondo le regole pubblicate dal GSE
• Requisiti tecnici dei sistemi di accumulo • schemi di connessione alla rete dei sistemi di accumulo, • Schemi di inserzione dei sistemi di misura e di protezione, • i servizi di rete che i sistemi di accumulo, dal punto di vista tecnico, devono
rendere disponibili • le capability del sistema di accumulo, definendo i requisiti minimi che il
sistema di accumulo dovrebbe avere per erogare i servizi di rete • le prove necessarie da applicarsi per comprovare la rispondenza dei SdA ai
requisiti della normativa;
NORMATIVA TECNICA DI RIFERIMENTO
CEI 0- 16: Regola tecnica di riferimento per la connessione di Utenti attivi e passivi alle reti AT ed MT delle imprese distributrici di energia elettrica (ultima versione V2 Luglio 2016) CEI 0-21: Regola tecnica di riferimento per la connessione di Utenti attivi e passivi alle reti BT delle imprese distributrici di energia elettrica (ultima versione Luglio 2016 – in vigore da Agosto 2016)
allo stato attuale le prescrizioni si si applicano solo a SdA di tipo elettrochimico
Norma CEI 0-21 principali componenti del sistema di accumulo
• batterie
• sistemi di conversione mono o bidirezionale dell’energia
• i sistemi di controllo e gestione dello stato di carica dei singoli moduli (Battery Management System, BMS).
• organi di protezione, manovra, interruzione e sezionamento in corrente continua e alternata
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Accumulatori elettrochimici cenni
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La capacità C di una batteria (Ah) prodotto tra la corrente di scarica (A) e il tempo (h) trascorso fino al raggiungimento della tensione finale di scarica - dipende da temperatura, tensione e dalla corrente di scarica - diminuisce all’aumentare del valore della corrente di scarica. La capacità nominale corrisponde ad un particolare regime di scarica Es. Capacità nominale da 100 Ah a 20 ore - Corrente di scarica a C/20 (0,05C) : 5 A corrente di scarica a C/10 (0.1C) = 10 A
Capacità batteria al piombo gel
Parametri energetici caratteristici dei sistemi di accumulo elettrochimico
Parametri energetici caratteristici dei sistemi di accumulo elettrochimico
L’energia, espressa in Wh, che il sistema fornisce durante la scarica, partendo da una condizione di piena carica fino alla scarica completa; data dal prodotto della capacità per la tensione dell’accumulatore. (dipende dal regime di lavoro). energia specifica, espressa in Wh/kg, rapporto tra l’energia estraibile durante la scarica (per data potenza) ad e il peso dell’accumulatore – (dipende dal regime di lavoro). rendimento energetico : rapporto tra l’energia estratta dal sistema di accumulo durante una scarica e quella spesa per riportare il sistema nello stato di carica iniziale. (funzione dei regimi di funzionamento e corrente di scarica) tempo di vita: numero di cicli di scarica (fino ad una prefissata percentuale del DOD) e carica completa che una batteria è in grado di completare prima che le sue prestazioni scendano sotto un limite minimo (tipicamente prima che la sua capacità si riduca del 20%) – in molti casi legato con legge logaritmica alla profondità di scarica DOD
Batterie Piombo Acido È la tecnologia tra le più diffuse al mondo, con 130 GWh di capacità installata, • basso costo • larga disponibilità, • tecnologia matura • Bassa manutenzione Tecnologia VLA: Vented Lead Acid, accumulatori aperto Energia specifica : da 5 e 25 Wh/kg La tecnologia VRLA (Valve Regulated Lead Acid) ermetici GEL o AGM (Absorbent Glass Mat) presenta un maggiore rendimento, maggiore DOD (applicazioni in impianti FV) Energia specifica: 20 e 45 Wh/kg Autoscarica : 2-3 % al mese Corrente di scarica standard: 0,1 C – 0,2 C Massima corrente di scarica 1,5 C – 5 C (impulsiva) Numero di cicli 80% DOD : 800 – 1000 Vita utile : alcune batterie commerciali >12 Anni
Fonte grafico: tesi laurea A. BREGOLIN – UNI Padova 2012
terza tecnologia al mondo per volume di vendite, dopo quella al piombo e al litio, (Necessitano di un sistema di controllo della carica BMS - Buona durata di vita, - robustezza, - affidabilità, - Buono comportamento alle basse temperature Batterie Nickel – cadmio possono essere di tipo aperto e di tipo ermetico Energia specifica 50 – 60 Wh/kg Autoscarica: 5% mese – (ermetico) fino a 25% mese Cicli : 1500-2000 cicli di lavoro (DOD 80%) problematiche ambientali e costo elevato Batterie Nickel – ioduri metallici (Ni/MeH) - Autoscarica: fino a 20%/mese - Energ. Specifica40 e gli 85 Wh/kg, - Possibile problemi perdita capacità per effetto memoria - Applicazione apparecchi portatili - Applicazione diffusa nei veicoli ibridi
Batterie a base Nickel
Batterie Nickel – cadmio DOD 80%
Negli ultimi anni hanno avuto uno sviluppo molto rapido con possibilità di impiego nei veicoli elettrici e nelle reti di distribuzione e trasmissione • dimensioni ridotte • una capacità specifica molto alta ioni di litio con elettrolita liquido (LiPF6, LiAlCl4, LiAsF6, ecc) - Tensione molto alta (da 3 a 4.2 V) - Alta energia specifica (fino a 230 Wh/kg) - Numero di cicli molto elevato - Bassa autoscarica (<2%) - Non presentano effetto memoria - Potenzialmente pericolose (fuori rang di V e temp) - necessitano di un sistema di controllo della carica (BMS) - litio-ioni-polimeri: presentano minori rischi in termini di sicurezza, con efficienza poco inferiore - le celle polimeriche hanno una struttura a fogli flessibili Tensione singola cella 3,7 V Corrente di scarica standard: 0,2C - 1C Massima corrente di scarica 3 C – 20 C (impulsiva) Cicli : 1500 (80% DOD) - litio metallico : presentano maggiori problemi di sicurezza che ostacolano la commercializ
Batterie al Litio
- temperatura di lavoro della cella da 270°C a 300 °C, (> conducibilità elettrolita) - coppie elettrochimiche in grado di fornire energie specifiche molto elevate senza
ricorrere all’utilizzo di materiali pregiati e rari. -batteria Na/S (sodio/zolfo): moduli ad alta potenza per applicazioni nella distribuzione di energia elettrica (power quality, load-levelling, peakshaving). - dinamica della cella molto veloce - l’assenza di auto scarica (l’elettrolita solido è un perfetto isolante ) - un’energia specifica di 130 Wh/kg - Cicli : 4500 (DOD 80%) - è il sistema di accumulo elettrochimico più utilizzato nelle reti elettriche con numerosi
impianti realizzati principalmente in Giappone e negli Stati Uniti - Un impianto da 180 kW (230 kWh) è stato realizzato da FIAMM in Italia per l’utilizzo del
surplus di energia prodotta da un impianto fotovoltaico
Batterie ad alta temperatura
batteria sodio/cloruro di nichel (ZEBRA- Zero Emission Battery Research Activity) non causano produzione di gas Applicazione tipica trazione elettrica, stazionario La capacità della cella è indipendente dal regime di scarica e dalla temperatura
Batterie a circolazione di elettrolita: Redox
Accumulano energia elettrica utilizzando reazioni accoppiate di ossido-riduzione in cui sia i reagenti, sia i prodotti di reazione, in forma ionica, sono completamente disciolti in soluzione acquosa - Disaccoppiamento della potenza installata dall’energia immagazzinabile - A pari potenza installata aumenta la capacità aumentando il volume dell’elettrolita e quindi dalle dimensioni dei serbatoi. - Particolarmente adatti ad applicazioni di taglia molto grande come ad esempio per il load-levelling. Le batterie a circolazione di elettrolita più diffuse impiego sono: - batterie zinco-bromo (Vcella 1,8 V) - batterie ai sali di vanadio -VRB (Vcella 1,25 V) - La VRB integrano un DC/AC, un sistema di controllo e un sistema di raffreddamento. -Vita attesa dipende dalla durata della membrana (circa 10.000 cicli)
Schema della batteria zinco-bromo (RdS/2011/303 )
Caratteristiche dei principali sistemi di accumulo elettrochimico
Fonte: «La diversità dell’Accumulo» – Mario Conte (ENEA) – rivista Quale Energia 2/2015
Accumulo elettrochimico – Vita utile vs DOD
Sodio-Zolfo - fonte E. Micolano CESI 2009
Nikel Cadmio fonte Tesi A. Bregolin UNI. Padova Anno Acc. 2011/2012
Caratteristiche sistemi di accumulo elettrochimico Litio Ione:
Capacità vs corrente di scarica Capacità vs temperatura ambiente
R. Lazzari, E. Micolano, CESI Ricerca, Febbraio 2010.
Curva caratteristica di scarica per cella litio polimeri-ione (commerciale)
Range di funzionamento lineare della cella : 20% - 80 % dello stato di carica Zona di funzionamento che garantisce una maggiore vita utile della cela e della batteria
Fonte: Kokam.com
Scheda tecnica cella Litio polimeri da 70 Ah
Dimensioni e immagini celle e batterie Litio - ione
Singola Cella Litio 3,5 V
Modulo 12 celle
Modulo di alta potenza da 2 MW di batteria agli ioni di litio
Accumulano direttamente energia elettrica in forma elettrostatica capacità di fornire alte potenze ma per tempi molto brevi - Applicazioni per servizi di potenza, Nei servizi ancillari delle reti – - Power quality : utilizzati per migliorare la qualità della fornitura e della tensione Nelle fonti rinnovabile, possibile applicazioni :compensare le fluttuazioni brevi della potenza generata, dovuta all’aleatorietà della sorgente primaria trazione elettrica o ibrida : picchi di potenza in accelerazione o recupero in frenata
I super capacitori
peso ridotti, la semplicità di gestione e di manutenzione, la mancanza di emissioni
Elettrodi: carbone, ossidi metallici, polimeri tipo di elettrolita impiegato :organico o acquoso
Accumuli meccanici: aria compressa
CAES “Compressed Air Energy Storage”. L’aria compressa può essere immagazzinata in cavità sotterrane ermetiche, ad una pressione che può variare dai 70 a 100 bar - capacità di accumulo :dai 2 ai 3 kWh/m3, - motore /turbina - compressore; - scambiatore rigenerativo; - centro di controllo per le operazioni di funzionamento; - apparecchiature ausiliarie (per esempio accumulo combustibile).
Applicazioni ridurre i picchi di potenza il peak–shaving riserva rotante e come supporto per la produzione di potenza reattiva Accoppiati co fonti rinnovabili non programmabili : accumulo stagionale
Accumuli meccanici: volani - flywheels
Accumulo sotto forma di energia cinetica posseduta da una massa posta in rotazione attorno ad un asse verticale
Funzione da motore nelle fasi di carica: il volano viene portato a velocità di rotazione nominale Funzione da generatore in fase di scarica a velocità variabile
Accoppiato a convertitori elettronici di potenza per adattare la frequenza generata a quella di rete
Tipologie: Elevata massa volanica : 10.000 giri/minuto Volani leggeri: 100.000 giri/min
• Densità di energia : 10 kWh/m3 • bassa manutenzione; • elevata efficienza (>90%); • lunga vita (20-30 anni o oltre 500.000 cicli); • lo stato di carica (SOC) si determina attraverso una semplice misurazione della
velocità angolare del rotore; - Applicazioni da pochi kW nelle telecomunicazioni e per potenze elevate (20MW – 5
MWh costruito dalla Beacon Power nel 2011 – regolazione di frequenza) - Volano installato presso test facility di RSE (Milano) : 100 kW per 30 s per funzione di power quality
Fonte: Fraunhofer Institute
Diffusione dei sistemi di accumulo nelle reti di distribuzione e trasmissione mondiali
In Germania dove lo Scambio sul Posto non esiste, dal 2013 a fine 2015, grazie ad incentivi mirati, sono stati installati circa 19.000 sistemi di accumulo integrati in impianti fotovoltaici
BMS: Battery Management System
Architettura modulare composta di moduli locali (slave sui singoli moduli) che gestiscono gruppi di celle e una scheda Master centrale che gestisce le singole schede locali
• Misura della tensione della singola cella • Misura della temperatura • Controllo del equilibratura delle tensioni di cella • Attivazione funzione equilibratura tensione di cella (passiva o attiva) • Misura della corrente del pacco batteria • Determinazione del SOC (Stato di carica batteria) • Gestione della sicurezza del pacco batteria • Messa fuori marcia del convertitore in caso di condizioni anomale (es.
tensione di cella alta, tensione di cela bassa, temperatura alta) • Controllo della corrente di carica e scarica al fine di massimizzarne
l’efficienza di funzionamento (solo alcuni modelli)
BMS: battery management systems per batterie Ioni di Litio
Connessione Utenti attivi con sistema di accumulo : Schema di collegamento (di principio) dei sistemi di misura
previsti dalla CEI 0-21 (Luglio 2016)
Definizioni (Delibera AEEGSi: 574/2014/R/eel)
Sistema di accumulo bidirezionale : sistema che può assorbire energia elettrica sia dall’impianto di produzione che dalla rete con obbligo di connessione di terzi; sistema di accumulo monodirezionale : un sistema che può assorbire energia elettrica solo dall’impianto di produzione Sistema di accumulo lato produzione : sistema installato, o nel circuito elettrico in corrente continua o nel circuito elettrico in corrente alternata, nella parte di impianto compresa tra l’impianto di produzione e il misuratore dell’energia elettrica prodotta; Sistema di accumulo post produzione : sistema installato nella parte di impianto compresa tra il misuratore dell’energia elettrica prodotta e il misuratore dell’energia elettrica prelevata e immessa.
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Schemi di collegamento accumulo reti bt CEI 021 (Luglio 2016)
CC
kWh
kWh
carico
Rete bt
Accumulo connesso parte CC : misura dei flussi di energia
Acc+ BMS+ convertitore
Fonte elaborazione CEI 0-21
M1
M2
M1: contatore energia scambiata
M2: contatore di produzione bidir.
CC
Rendimento ottimale del sistema complessivo: energia prodotta e accumulata non transita in CA
CC
SdA e generatore sono un unico sistema, per cui condividono DDG e DDI
SdA lato produzione Delibera 574/2014/R/eel
kWh
kWh
carico
Rete bt
Sistema di accumulo connesso lato CA a valle del contatore M2
CC
Fonte elaborazione CEI 0-21 – V2
M2
M1
M2: contatore di produzione bidirezionale
Ideale per integrare sistemi di accumulo in impianti FV esistenti
Presenza doppio convertitore CA/CC maggiori perdite rispetto al precedente
SdA lato produzione Delibera 574/2014/R/eel
Sistema di accumulo connesso lato CA a valle del contatore M2 SdA lato produzione Delibera 574/2014/R/eel
SdA e generatore sono un unico sistema, per cui condividono DDG e DDI
kWh
kWh
carico
Rete bt Acc+ BMS+ convertitore
CC
kWh
Fonte elaborazione CEI 0-21 – V2
Sistema di accumulo connesso lato CA a monte del contatore M2
M1
M2 M3
SdA post produzione ai sensi della Delibera 574/2014/R/eel
M1 e M2 bidirezionali con possibilità di rilevare i dati con il livello di dettaglio (orario, per fasce, etc.)
M3 è limitato ai casi in cui corre l’obbligo dell’installazione per riconoscimento di incentivi economici
Sistema di accumulo connesso lato CA a monte del contatore M2 SdA post produzione Delibera 574/2014/R/eel
SdA e generatore condividono lo stesso DDI Eventuale DDI integrativo per gestire separatamente il carico in isola
SdA e generatore con propri DDI SdA spostato verso la partedi impianto non abilitata al funzionamento in isola
kWh
carico
Rete bt
Gli utenti passivi che installano nel loro impianto sistemi di accumulo diventano a tutti gli effetti utenti attivi della rete. Deve essere presente un DDI
Schemi di connessione del sistema di accumulo: CEI 0-21 – V2
Acc+ BMS
Servizi di rete richiesti ai sistemi d’accumulo ai sensi della CEI 0-21
Prescrizioni applicate ai convertitori (inverter) utilizzati dai SdA elettrochimici per la connessione in parallelo alla rete di distribuzione
Impianto di generazione costituito da: sistema di accumulo + generatori il suddetto sistema di accumulo è da considerarsi singolarmente ai fini delle prescrizioni dei servizi di rete. (Potenza nominale impianto somma Potenza generatori e Potenza sistema di accumulo)
Sitema costituito da uno o più generatori e uno o più SdA, collegati sul bus DC di un inverter viene considerato come un unico generatore. (Potenza nominale generatore coencidente con quella dell’inverter di connessione)
Servizi di rete richiesti ai sistemi d’accumulo di tipo elettrochimico ai sensi della CEI 0-21
• Regolazione della potenza attiva
• Limitazione della potenza attiva per valori di tensione prossimi al 110% di Un
• Condizioni di funzionamento in sovrafrequenza (la funzione deve essere escludibile)
• Condizioni di funzionamento in sottofrequenza (la funzione deve essere escludibile)
• Partecipazione al controllo della tensione (regolazione potenza reattiva)
funzioni e servizi forniti dai sistemi di accumulo connessi alla rete di distribuzione presso gli utenti finali
Possibili funzioni dei sistemi di accumulo connessi alla rete di distribuzione presso gli utenti finali
1. Compensazione dei picchi di prelievo dalla rete- ridurre l’aliquota di costo legata alla potenza installata - (peak shaving)
2. favorire l’autoconsumo dell’energia prodotta da impianti non programmabili (FV) e accedere a gli esoneri tariffari previsti per i sistemi efficienti di utenza (SEU)
3. Time Shift dell’energia prodotta dalle FRNP (es FV, Eolico) nelle ore di basso o nullo carico per riutilizzarla nelle ore di alto carico (prezzo più elevato)
4. Funzionamento dell’inverter o generatore nel punto di lavoro di massima efficienza
5. Compensare le fluttuazioni della potenza generata da FRNP, causate dalla intermittenza della fonte, (profilo di generazione più regolare, evitare oneri di sbilanciamanto)
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Peak shaving: Spianamento dei picchi generati dal carico d’utente Il sistema di accumulo è in grado di erogare potenza per breve tempo per sopperire ad eventuali picchi di carico Vantaggi: Possibilità di ridurre la potenza contrattuale riducendo il corrispettivo previsto per la “Quota potenza”
Il peak shaving
Componenti tariffa elettrica Delibera ARG/elt 199/11, Delibera ARG/com 201/11)
Soglia di intervento del sistema di accumulo Load shift del carico
DEFINIZIONE AUTOCONSUMO
L’autoconsumo è quella parte della produzione che non viene ceduta alla rete ma viene destinata ai consumi locali dell’utente
Esemipio di Time shift e incremento dell’autoconsumo dell’energia prodotta
profilo di carico elettrico utenza residenziale Profilo di generazione impianto FV
GRID CONNECTED ENERGY STORAGE PROTOTYPE
Lithium battery pack of 16 kWh
DC/DC converter of 20 kW
IGBT bidirectional - inverter of 30 kVA
Control system of power flows exchange with the grid
Able to be linked with Active Load ( PV plant)
Technology Lithium-polymer
Cell voltage 3,7 V
N⁰ of cells in each module 12
N⁰ of modules 6
Total energy capacity 16 kWh
Max power output 20 kW
Sistema di accumulo sperimentale (Compensatore statico) installato presso il C.r ENEA di Casaccia
Compensatore statico sperimentale: Prove eseguite
• Prove di carica e scarica del pacco batterie per testarne i rendimenti a diversi regimi
• Prova di carica e scarica a diverse potenze per testare i convertitori
di potenza (DC-DC e inverter bidirezionale)
• Prove con la macchina connessa in rete ma in condizione di standby per valutare gli assorbimenti dovuti agli ausiliari e al funzionamento in statismo.
• Prove in funzionamento reale del compensatore con i seguenti servizi:
Load shifting del carico della Cabina MT/BT numero 11 del Centro Peak shaving del carico elettrico generato dalla colonnina di ricarica veicolare rapida (potenza di picco di 50 kW)
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Sistema di monitoraggio e controllo Accumulo+carichi
SUBSTATION N°11 LAB BUILDING
EV FAST CHARGING
STORAGE SYSTEM
Prova Load shifting Compensazione del carico di Cabina
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Soglia di intervento
Intervento Comp
Potenza Attiva lato bt
Potenza Reattiva lato bt
Intervento Comp Soglia di intervento
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Prove effettuate con il sistema di accumulo a Litio installato nel sistema sperimentale
- Corrente di carica: 1 C - intervallo SOC Carica/Scarica : 20% - 100%
PROVE DI SCARICA CON LOGICA A POTENZA COSTANTE inseguimento del set-point di Potenza attiva impostato dal controllo esterno
Corrente (A)
Tensione Acc. (V)
Scarica a 6 kW Scarica a 10 kW
Scarica a 20 kW Scarica a 14 kW
Corrente (A)
Tensione Acc. (V)
Schema del sistema di controllo e monitoraggio
Il sistema di controllo implementato in Labview comunica con - Il sistema di smart metering della colonnina e FV via TCP/IP - Con il sistema di accumulo via protocollo CAN
Il controllo in Labview fornisce al sistema di accumulo - i riferimenti in Potenza attiva assorbita per inseguire la produzione da FV - I riferimenti in potenza attiva e reattiva per compensare il carico generato dalla colonnina
Quadro di misura
Prova sperimentale Peak shaving colonnina di ricarica veloce per veicoli elettrici
Electric Vehicle charging
Electrical output profile of a 10 kWp PV palnt - one day in february
Prova sperimentale Peak shaving colonnina di ricarica veloce
Andamento SOC durante la prova - Scarica per compensare il carico della
colonnina nelle ore serali - Ricarica da FV
The results of the experimental tests show (for one test): Energy load of EV (nissan leef) during fast recharge: 18.54 [kWh] Energy supplied by Storage system for fast recharge: 11.84 [kWh] Total energy supplied by photovoltaic to ESS : 16.00 [kWh]
Prova sperimentale Peak shaving colonnina di ricarica veloce Risultati energetici
L’accumulo elettrico e termico nei sistemi ibridi
Rete BT
CA
Sistema simulato per incrementare l’autoconsumo degli impianti FV convertendo l’energia elettrica prodotta in energia termica controllando la pompa di calore nei momenti di basso carico termico ed elevata produzione elettrica - Accumulo energia prodotta in accumuli termici - Accumulo una parte dell’energia prodotta in accumulo elettrico - Aumento dell’autoconsumo riducendo i costi
Sintesi risultati simulazione parametrica sistema ibrido
Edificio residenziale 180 mq
Pompa d calore aria acqua : 35 kW
Fonte ENEA – Ricerca del Sistema elettrico http://www.enea.it/it/Ricerca_sviluppo/ricerca-di-sistema-elettrico
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SISTEMA SPERIMETALE ENEA : ACCUMULO + FV INSTALLATO PRESSO IL LABORATORIO ENEA DI LAMPEDUA
Il Dimostratore è composto da : - Sezione 1: FV (4 kWp) – storage Pb (10 kWh ) - Sezione 2: FV (10 kWp) - storage Ion-Li (16 kWh) - Colonnina di ricarica per veicoli elettrici
http://www.enea.it
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Riferimenti Bibliografici
[1] Rapporto Ricerca di Sistema Elettrico università di Palermo Report RdS/2011/303 : Analisi e definizione di strategie di gestione e controllo di sistemi di accumulo elettrico per applicazioni in reti di distribuzione attive automatizzate [2] E. Micolano "Stato dell’arte e confronto tecnico-economico delle tecnologie di accumulo elettrico. Sviluppo di un sistema con supercapacitori per applicazioni di Power Quality: sperimentazione delle funzioni in ambiente di simulazione" CESI Ricerca, Febbraio 2009. [3] La diversità dell’Accumulo» – Mario Conte (ENEA) – rivista Quale Energia 2/2015 [4] Enrica Micolano, Antonio Buonarota, Claudio Bossi “Sviluppo di modelli di sistemi di accumulo di tipo tradizionale ed avanzato per impieghi nella GD al fine della loro rappresentazione nell'interfacciamento con la rete elettrica e della stima dello stato di carica on-line “ CESI RICERCA GENDIS/GDSTORE 15 Marzo, 2005 [5] B. Di Pietra et al ,, Architetture impiantistiche ibride e sistemi di metering per l’efficientamento degli edifici intelligenti, Rapporto Ricerca di sistema elettrico Report RdS/PAR2015/136
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[6] F. Alessandrini, G. B. Appetecchi, M. Conte Rapporto Ricerca di Sistema Elettrico - RdS/2010/233 - Studio di fattibilità tecnica sull’applicabilità delle batterie al litio nelle reti elettriche – Stato dell’arte e limiti scientifici e tecnologici [7] http://www.enea.it/it/Ricerca_sviluppo/ricerca-di-sistema-elettrico [8] http://www.uttei.enea.it/veicoli-a-basso-impatto-ambientale/programmi-di-ricerca-sull2019accumulo-di-energia [9] M. Conte, M. Pasquali, F. Vellucci - Sistema di accumulo con batterie al litio nel terziario: l’applicazione ad una funivia – Report: Ricerca di Sistema Elettrico Report RdS/2010/231 [10] F. Vellucci et al - Moduli standard di batterie al litio: test di caratterizzazione e duty cycle per applicazioni stazionarie, con ottimizzazione del BMS - report Ricerca di sistema Elettrico, Report RdS/2013/247
Riferimenti Bibliografici
