Gli atti dei convegni e più di contenuti su

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1 Termotecnica Energy Pompe di Calore Storage Industriale Gli atti dei convegni e più di contenuti su

2 SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 SEMINARIO CEI mcter Energy Storage Energy Storage e Efficienza Energetica Sistemi e impianti di accumulo di energia elettrica Norme di impianto e di prodotto Ing. Annalisa Marra* *annalisa.marra@ecd.it ECD Pavia MILANO 28 GIUGNO 2018 ore 9.40 Crowne Plaza Hotel Milano San Donato Riproduzione riservata COMITATO ELETTROTECNICO ITALIANO 1

3 SEMINARIO CEI KNX, BARI 12/06/ Applicazioni 2

4 UTENTE Applicazioni Gestione integrata carichi e produzione RES SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Riduzione picchi TRASMISSIONE E DISTRIBUZIONE Dislocazione fasce Black minor starting costo Riduzione perdite Riduzione distacchi GENERAZIONE onerosi generatori Funzionamento in Regolazione isola; frequenza Regolazione e tensione profilo produzione Compensazione potenza Regolazione reattiva e riduzione Ripartenza congestioni e servizi di ausiliari rete Incremento potenza massima senza impatto contrattuale Riduzione perdite Regolazione frequenza Ottimizzazione generazione PQ Riduzione costi produzione Energia in fasce economicamente più convenienti 3

5 SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Applicazioni Titolari Fonti Rinn. Non Prog. Riduzione: fluttuazioni potenza generata oneri sbilanciamento tagli produzione di picco rampe gen. tradiz. al tramonto Prosumer (e Micro rete) Aumento: Energia auto prodotta Energy time shift Erogazione Servizi rete 4

6 Applicazioni SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Peak shaving Arbitraggio Energy time shift 5

7 Applicazioni - Erogazione Servizi rete SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Supporto Regolazione frequenza e riserva (P/f) Primaria Squilibrio generazione - carico Regolazione potenza generata*** Riserva di bilanciamento* Secondaria** Funzionamento a f diversa e riserva di potenza ridotta Terziaria** Ripristino riserva secondaria * Soprattutto x intermittenza generazione RES ** Servizio remunerato (MSD Mercato Servizio Dispacciamento) *** Statismo Gen. Termoelettrici: 15s 50% - 30s 100% 6

8 Applicazioni - Erogazione Servizi rete SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Supporto Regolazione tensione (Q/V) Stabilità V vari nodi Q: primaria e secondaria ESS* distribuiti (* Energy Storage System, ESS) 7

9 Applicazioni SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 e ancora Supporto congestioni rete Rinvio investimenti assetto rete Riduzione modulazione produzione Riaccensione del sistema elettrico Centrali di ripartenza Grandi ESS con black start Funzionamento in isola 8

10 Applicazioni SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Esigenze Prestazioni in potenza/energia Potenza (kw-mw) Durata scarica (s-h) Velocità di risposta Connessione (BT, MT, AT) Costi/benefici Costi noti Benefici economici in evoluzione 9

11 SEMINARIO CEI KNX, BARI 12/06/ Tipologie di Accumulo 10

12 SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Tipologie accumulo Pompaggio Accumulo di aria compressa (CAES) Accumulatori Cinetici o Inerziali (flywheels) Termico (caldo o freddo) Bobine superconduttrici (SMES) Super condensatori Idrogeno Accumulatori elettrochimici 11

13 CT 120 Sistemi di accumulo di energia SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Scopo del CT 120 è quello di preparare documenti normativi relativi ai sistemi di accumulo* di energia. L'attività del CT è relativo al sistema accumulo inteso come insieme di componenti (aspetti di sistema) e non i singoli componenti. Project Reference IEC Ed. 1.0 Electrical energy storage (EES) systems - Part 1: Vocabulary IEC Ed. 1.0 Electrical energy storage (EES) systems - Part 2-1: Unit parameters and testing methods - General specification IEC/TS Ed. 1.0 Electrical energy storage (EES) systems - Part 4-1: Guidance on environmental issues - General specification IEC/TS Ed. 1.0 Electrical energy storage (EES) systems - Part 5-1: Safety considerations for gridintegrated EES systems - General specification Init. Date Publ. Date

14 SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Tipologie accumulatori elettrochimici Piombo acido Nichel/Cadmio Litio/Ioni/Polimero Sodio/Cloruro di Nichel Sodio/Zolfo Redox a circolazione di elettrolita di vanadio 13 13

15 (*secondo capacità, ** secondo tipo, *** per cella) Tipologie accumulatori elettrochimici SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Accumulatori elettrochimici Capacità e potenza specifiche Correnti di scarica Efficienza di conversione Stabilità nel tempo Vita attesa Sicurezza Impatto ambientale Costo specifico Aspetti comuni Coppia di elettrodi Elettrolita Separatore Tipo Densità E (Wh/kg) V cella (V) Cicli di carica T. carica (h) Auto scarica mensile Vmin carica*** Piombo , % 2,3 V Ni-Cd , > 20 % 1,25 V Ni-MH , > 30 % 1,25 V Ni-MH LSD , < 2 % 1,25 V Alcalina ,5-1, * < 0,3 % ** Li-ion , % 3,7 V Li-Po , % 3,7 V 14

16 ( ) Tipologie accumulatori elettrochimici SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Pila di Alessandro Volta - ZINCO + RAME 2e Z n 2+ C u 2+ 2e C u 2+ 2e Z n 2+ C u 2+ 2e C u 2+ 2e Z n 2+ C u 2+ 2e C u 2+ 2e Z n 2+ 15

17 Pb(s) + SO 2-4 (aq) SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Accumulatore al Piombo acido PbO2 + Pb + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O PbSO 4 (s) + 2H 2 O(l) TECNOLOGIA PIU CONSOLIDATA Tipologie accumulatori elettrochimici + - PbO 2 (s) + SO 4 2- (aq) + 4H + + 2e - PbO 2 PbSO 4 H 2 O H 2 SO 4 Pb 2e PbSO 4 PbSO 4 (s) + 2e - SCARICA 16

18 PbSO 4 (s) + 2H 2 O(l) Pb(s) + SO 2-4 (aq) Tipologie accumulatori elettrochimici SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Accumulatore al Piombo acido PbO2 + Pb + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O PbO 2 (s) + SO 4 2- (aq) + 4H + + 2e PbO 2 Pb 2e PbSO 4 PbSO 4 H 2 O H 2 CARICA H 2 SO 4 PbSO 4 (s) + 2e - Aperti VLA Ermetici* VRLA AGM Absorbed glass material GEL 17

19 PbSO 4 (s) + 2H 2 O(l) Pb(s) + SO 2-4 (aq) Tipologie accumulatori elettrochimici SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Accumulatore al Piombo acido PbO2 + Pb + 2H2SO4 2PbSO4 + 2H2O PbO 2 (s) + SO 4 2- (aq) + 4H + + 2e PbO 2 H 2 CARICA H 2 SO 4 Pb 2e PbSO 4 Costo modesto PbSO 4 H 2 O Maturità di mercato Peso elevato Correnti di scarica elevate Tossicità PbSO 4 (s) + 2e - Lunga vita (20 anni) Temperatura elevata e bassa Emissioni Scariche/cariche troppo profonde Aperti VLA Ermetici* VRLA AGM Absorbed glass material GEL 18

20 Ossido Idrato di Nichel Cadmio metallico TECNOLOGIA IN OBSOLESCENZA Tipologie accumulatori elettrochimici SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Accumulatore al Nichel/Cadmio + - NiO 2 H 2-x Cd O 2 KOH Aperti Ermetici Autoscarica Idrossido di potassio in soluzione acquosa + Idrossidi di litio e sodio 19

21 Ossido Idrato di Nichel Cadmio metallico Tipologie accumulatori elettrochimici SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Accumulatore al Nichel/Cadmio + - NiO 2 H 2-x Cd O 2 Tossicità Direttiva 2002/95 CE Effetto memoria (primi tipi) Bassa capacità specifica Rischio di esplosione in sovraccarico KOH Aperti Ermetici Autoscarica Idrossido di potassio in soluzione acquosa + Idrossidi di litio e sodio 20

22 Ossido litiato metallo transizione Co, Ni, Mn, PFe** Collettori di corrente Al Grafie allo stato litiato o titanato di Litio Collettore di corrente Cu * Solid Electrolyte Interface ** Fosfato Litiato di ferro - Ridotta cnducibilità ionica - R interna Tipologie accumulatori elettrochimici SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Accumulatore Litio/Ioni/polimero + - e LiTMO 2 LiC Li LiPF 6 SEI* Sali di Litio (esafluorofosfato) in miscela di solventi organici (carbonato di dimetile o etilene) 21

23 Zolfo liquido corrosivo, collettore corrente Molibdeno o Cromo Zolfo liquido Sodio liquido Tipologie accumulatori elettrochimici SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Accumulatore Sodio / Zolfo (Alta temperatura) + - S e Na Na 2 S 5 Na 2 S 4 Na 2 S 3 Na Na 2 S C Separatore ceramico con funzione di elettrolita b-allumina 22

24 Cloruro metallo transizione Sodio liquido * Maggior sicurezza in caso di rottura Tipologie accumulatori elettrochimici SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Accumulatore Sodio / Cloruro di Nichel (Alta temperatura) + - Cl+Ni e Na Na 260 C Separatore ceramico con funzione di elettrolita b-allumina + tetracloroalluminato (NaAlCl 4 ) su + 23

25 Temperatura, Potenza / capacità accumulo Vita elettrochimica illimitata Tipologie accumulatori elettrochimici SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Accumulatore Redox a circolazione di elettrolita di Vanadio (VRB) + - CA V 3 +/V 2 + H 2 SO 4 CC V 4 +/V 5 + H 2 SO 4 H+ H+ SO 4 - H 2 SO 4 Vanadio a diversi stati di ossidazione 24

26 Sistema di accumulo Componenti fondamentali SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/ Apparecchiature elettromeccaniche per: la connessione la protezione AC 2. Connessioni AC 3. Apparecchiature conversione DC/AC 4. Sistemi di controllo 5. Sistemi di gestione del dispositivo di storage 6. Apparecchiature elettromeccaniche per la protezione DC 7. Connessioni DC BMS CA CC 25

27 SEMINARIO CEI KNX, BARI 12/06/ Le norme CEI come strumento di lavoro 26

28 CT 64 SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Impianti elettrici utilizzatori BT Scopo del CT 64 è quello di preparare norme riguardanti criteri di sicurezza per l installazione ed esecuzione degli impianti elettrici utilizzatori di bassa tensione. Norma CEI 64-8 Titolo Impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non superiore a V in corrente alternata e a V in corrente continua 64/2079A/NP CEI CEI Application guide: Residential electrical installation in direct current not intended to be connected to Public Distribution Network Correnti di cortocircuito negli impianti ausiliari in c.c. nelle centrali e nelle stazioni elettriche Parte 1: Calcolo delle correnti di cortocircuito Correnti di cortocircuito negli impianti ausiliari in c.c. nelle centrali e nelle stazioni elettriche Parte 2: Calcolo degli effetti 27

29 SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 CT 316 Connessione alle reti elettriche di distribuzione Alta, Media e Bassa Tensione Il CT 316 è un comitato di sistema che ha lo scopo di elaborare norme di connessione di utenze con carichi passivi e/o attivi alle reti di Alta, Media e Bassa tensione dei Distributori di energia elettrica in concessione. Le norme redatte costituiscono un riferimento sia per la legislazione, sia per la regolazione italiane. Le norme dedicate alla generazione comprendono sia quella che utilizza fonti rinnovabili (fotovoltaico, eolico, ecc.), sia di quella che utilizza fonti tradizionali. Le prescrizioni riguardano, in particolare, le protezioni e le tarature necessarie per accedere alla connessione alle reti elettriche suddette. Norma CEI 0-16 CEI 0-21 Titolo Regola tecnica di riferimento per la connessione di Utenti attivi e passivi alle reti AT ed MT delle imprese distributrici di energia elettrica Regola tecnica di riferimento per la connessione di Utenti attivi e passivi alle reti BT delle imprese distributrici di energia elettrica 28

30 SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Definizione di sistema di accumulo Insieme di dispositivi, apparecchiature e logiche di gestione e controllo, funzionale ad assorbire e rilasciare energia elettrica, previsto per funzionare in maniera continuativa in parallelo con la rete di distribuzione. Il sistema di accumulo (ESS) può essere integrato o meno con un generatore/impianto di produzione (se presente) (CEI 0-16 e CEI 0-21 ante luglio 2016) Insieme di dispositivi, apparecchiature e logiche di gestione e controllo, funzionale ad assorbire e rilasciare energia elettrica, previsto per funzionare in maniera continuativa in parallelo con la rete con obbligo di connessione di terzi. Il sistema di accumulo può essere integrato o meno con un impianto di produzione (se presente) (613/2013/R/EEL) 29

31 (CEI postluglio 2016) SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Definizione di sistema di accumulo Insieme di dispositivi, apparecchiature e logiche di gestione e controllo, funzionale ad assorbire e rilasciare energia elettrica, previsto per funzionare in maniera continuativa in parallelo con la rete di distribuzione o in grado di comportare un alterazione dei profili di scambio con la rete stessa (immissione e/o prelievo), anche se determinata da disconnessioni/riconnessioni volontarie di parte o tutto l impianto. Sulla base di quanto sopra detto, qualsiasi sistema di accumulo, anche se connesso sul lato dc di un impianto di produzione, è da ritenersi sempre un generatore. Non rientrano tra i sistemi di accumulo, i soli sistemi che svolgono esclusivamente la funzione di: 1) assicurare la continuità dell alimentazione, 2) migliorare la qualità della tensione (buchi di tensione, flicker, armoniche, dissimmetria, variazioni rapide) quali gli UPS.(*) In caso di sistema di accumulo elettrochimico, i principali componenti sono le batterie, i sistemi di conversione mono o bidirezionale dell energia, gli organi di protezione, manovra, interruzione e sezionamento in corrente continua e alternata e i sistemi di controllo delle batterie (Battery Management System, BMS) e dei convertitori. Tali componenti possono essere dedicati unicamente al sistema di accumulo o svolgere altre funzioni all interno dell impianto di Utente. 30

32 SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Connessione alla rete Utente attivo (CEI 0-16 e CEI 0-21) Utenti che utilizzano qualsiasi macchinario (rotante o statico) che converta ogni forma di energia utile in energia elettrica in corrente alternata previsto per funzionare in parallelo (anche transitorio) con la rete. A questa categoria appartengono anche tutti gli utenti che installano sistemi di accumulo diversi dagli UPS = impianti di produzione EE = gruppo di generazione alimentato da fonte energetica non rinnovabile al fine dell applicazione del Testo Integrato delle Connessioni Attive (TICA). Per UPS devono essere intese unicamente le apparecchiature rispondenti alle Norma EN ed EN o apparecchiature rispondenti alla Norma EN

33 (* eventualmente anche integrato nell inverter) SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Connessione alla rete bidirezionale può assorbire EE sia dall impianto di produzione sia dalla rete con obbligo di connessione di terzi monodirezionale può assorbire EE solo dall impianto di produzione lato produzione installato in CC* o in CA, nella parte di impianto compresa tra l impianto di produzione e il misuratore dell energia elettrica prodotta post produzione installato tra il misuratore EE prodotta e quello EE prelevata e immessa 613/2013/R/EEL 32

34 SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Accumulo sulla parte in CC M1 = EE scambiata con rete M2 = EE prodotta da G e/o erogata da SDA M1 Wh BMS: Battery Management System Carico: da rete o da G + accumulo SDA IN: anche da rete solo se il convertitore lato rete è bidirezionale SDA OUT: rete o carico CARICO BMS M2 Wh CA CC CC G 33

35 SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Accumulo sulla parte in CA a valle del misuratore di energia generata M1 = EE scambiata con rete M2 = EE prodotta G e/o erogata o assorbita da SDA M1 Wh BMS: Battery Management System Carico: da rete e/o da G e/o SDA SDA IN: rete o generatore SDA OUT: rete o carico CARICO BMS M2 Wh CA G 34

36 SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Accumulo sulla parte CA a valle del misuratore di energia generata M1 = EE scambiata con la rete M2 = EE prodotta da generatore M3 = EE scambiata tra (carico + accumulo) e restante impianto M1 Wh Carichi: da rete e/o dal generatore e/o da SDA SDA IN: rete o Da G SDA OUT: rete o carico M3 CARICO Wh BMS M2 Wh CA G BMS: Battery Management System 35

37 SEMINARIO CEI, MILANO 28/07/2018 Accumulo installato da utente passivo lo fa diventare un utente attivo regole tecniche per la connessione di utenti attivi un solo misuratore ma di tipo bidirezionale come un nuovo utente attivo che non dispone di tariffe agevolate M1 Wh CARICO BMS BMS: Battery Management System 36

38 SEMINARIO CEI KNX, BARI 12/06/ La NORMA CEI 64-8: cosa si è fatto e cosa si sta facendo 37

39 SEMINARIO CEI KNX, BARI 12/06/2018 CEI 64-8 Edizione 2012 CEI 64-8 V2 (2015) CEI 64-8 Parte 8-1 (2016) 38

40 SEMINARIO CEI KNX, BARI 12/06/2018 Norma CEI 64-8 Parte Campo di applicazione Riferimenti normativi Termini e definizioni Generalità Settori di attività Prescrizioni e raccomandazioni relative al progetto Determinazione delle zone, degli utilizzi e delle maglie Sistema di gestione dell efficienza energetica e dei carichi Manutenzione e miglioramento delle prestazioni d impianto Parametri per la realizzazione delle misure di efficienza Azioni Processo di valutazione per gli impianti elettrici Residenziale Commerciale Industriale Infrastutture ALLEGATO A: Determinazione della posizione del trasformatore e del quadro di distribuzione principale mediante il metodo del baricentro (informativo) ALLEGATO B: Esempio di metodo di valutazione dell efficienza energetica di un impianto elettrico (informativo) Due Scenari: Adeguamento e Nuovo Impianto Riproduzione riservata COMITATO ELETTROTECNICO ITALIANO 39

41 SEMINARIO CEI KNX, BARI 12/06/2018 Questa Seconda edizione include alcune modifiche tecniche: a) revisione dell'allegato B b) revisione del punto 12: valutazione per gli impianti elettrici c) aggiornamento del punto: Misurazione d) introduzione di nuove definizioni 40

42 SEMINARIO CEI KNX, BARI 12/06/2018 Norma CEI 64-8 Futura Parte 8.2 Impianto elettrico d utente prosuming in bt Questa Seconda parte della IEC fornisce ulteriori requisiti, misure e raccomandazioni per la progettazione, il montaggio e la verifica di tutte le installazioni elettriche di bassa tensione, compresa la produzione locale e lo stoccaggio di energia per garantire la compatibilità con i modi esistenti e futuri di fornire energia elettrica ad apparecchiature che utilizzano corrente o che sono collegate alla rete pubblica, o alimentate da altre fonti locali o dalla rete pubblica PEI. Tali impianti elettrici sono dotati di un sistema di gestione dell'energia elettrica locale (EEMS) e designati come Prosuming Electrical Installations (PPEI). Questi requisiti e raccomandazioni si applicano, nell'ambito della serie IEC 60364, per nuove installazioni e modifiche di installazioni esistenti. 41

43 SEMINARIO CEI KNX, BARI 12/06/2018 Norma CEI 64-8 Futura Parte 8.3 Evoluzione degli impianti elettrici utilizzatori Questo standard fornisce requisiti e raccomandazioni agli utenti e ai gestori di impianti o impianti elettrici a bassa tensione per far funzionare le loro installazioni elettriche come l'installazione elettrica di Prosumer. Questi requisiti e raccomandazioni riguardano la sicurezza e il corretto funzionamento. Questo documento fornisce anche requisiti e raccomandazioni sui parametri tecnici e sui loro valori limite che influenzano: a) Sicurezza e il corretto funzionamento. Questo standard fornisce anche requisiti e raccomandazioni sui modelli di scambio di dati e prova procedure per l'installazione elettrica di prosumer che potrebbero includere le seguenti applicazioni: Generatori locali (ad es. Impianti fotovoltaici, generatori rotanti, turbine eoliche), Unità di accumulo dell'energia (ad esempio batterie secondarie stazionarie), Carica del veicolo elettrico, Prosumer's Measurement Unit (PMU), Sistema di gestione dell'energia elettrica (EEMS) 42

44 SEMINARIO CEI KNX, BARI 12/06/2018 For more information please contact Annalisa Marra ECD srl Engineering Consulting and Design Via Maffi PAVIA Italy 43