GENERAZIONE DA FONTI NON PROGRAMMABILI (FRNP) ACCUMULO DI ENERGIA. MICROGRID STORAGE Un supporto alle Rinnovabili Antonio Zingales SAET

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1 GENERAZIONE DA FONTI NON PROGRAMMABILI (FRNP) ACCUMULO DI ENERGIA MICROGRID STORAGE Un supporto alle Rinnovabili Antonio Zingales SAET

2 Le fonti di energia rinnovabili rappresentano una valida alternativa ai combustibili fossili, ma hanno bisogno per una maggior diffusione globale di un importante lavoro di ottimizzazione, sia sulla rete di Trasmissione (grossi campi eolici e Fotovoltaici) che sulla rete di Distribuzione (la cosiddetta Generazione Diffusa < 1 MW PV-Wind- Bio). La sfida è dunque nella produzione RES

3 MICROGRID STORAGE.ma la sfida è soprattutto sulle reti di Trasmissione e di Distribuzione nella gestione dell energia in termini di efficienza, sicurezza e qualità della fornitura, facendo i conti con intermittenza e poca prevedibilità delle RES.

4 One way Power flow Distribution Substation Residential Load Big Power Plants Conn. at 380 kv Overhead Transmission Transmission Substation Industrial Load Commercial Load L intero sistema elettrico nazionale è stato progettato come rete «passiva» a flusso monodirezionale. In particolare la rete di distribuzione alimenta i consumatori con la potenza prelevata dalla rete di trasmissione senza nessuna gestione dei generatori e carichi della GD.

5 Com era la rete prima delle rinnovabili

6 Come sta cambiando la rete con le Rinnovabili

7 Il ruolo dello Storage

8 Oggi sono in esercizio più di MW di soli impianti FV con circa unità produttive sulla rete di distribuzione MT-BT. E questo ha cambiato profondamente il carico equivalente della rete di Distribuzione

9 La naturale soluzione tecnica per questa situazione di sbilanciamento sembrerebbe lo STORAGE come supporto alla penetrazione eccessiva delle rinnovabili ENERGY STORAGE come supporto di rete 9

10 Il sistema ESS attenua l impatto della penetrazione RES (ridotta capacità regolante) Thermo RES ESS Primary Reg. with reg.band : ± 1,5% P No Primary Reg. only reduction RES+ESS Primary Reg. with reg.band : ± 100 %P ESS ESS Contribute ± 100 %P ESS Suggerimento aspetto regolatorio

11 Energy Storage System E un sistema elettrico in grado di immagazzinare energia e di rilasciarla in forma differita nel tempo (con un ritardo controllabile) ed con potenza modulabile (quindi adatto a diverse forme di regolazione). Battery container MV container Battery container

12 Un nuovo modo per integrare il sistema elettrico é quello di favorire l approccio alle MICROGID (con gen. Locali e carichi associati come sottosistemi DSO) Una Micro Grid é un insieme di carichi e sorgenti di energia che operano come un singolo sistema controllabile con lo scopo di fornire energia elettrica (ed eventualmente anche calore) all area locale, con funzionamento in parallelo alla rete oppure in isola.

13 MICROGRID STORAGE Aggiungiamo al termine MICROGRID anche STORAGE per caratterizzare le applicazioni EMS di Storage

14 MICROGRID STORAGE L Autorità per Energia Elettrica ed il Gas ha definito con la delibera n. 574/2014/R/eel, integrata dalla delibera n. 642/2014/R/eel, le modalità di accesso e di utilizzo della rete pubblica nel caso di sistemi di accumulo non realizzati da gestori di rete. La Microgrid storage rientra nel caso di accumulo presso un centro di produzione e consumo..

15 MICROGRID STORAGE Un sistema di accumulo consente alla Microgrid di programmare lo scambio di energia con la rete da un utenza (sia essa un consumatore, che un produttore che un autoproduttore). contribuire alla compensazione degli sbilanciamenti delle utenze non programmabili (FRNP). contenere i picchi di potenza prelevata o immessa, riducendo l utilizzo della rete. massimizzare l autoconsumo sfruttando gli esoneri tariffari attualmente previsti nei casi dei sistemi efficienti di utenza (SEU) e dei sistemi esistenti equivalenti ai sistemi efficienti di utenza (SEESEU).

16 Applicazioni MICROGRID STORAGE per i PROSUMER AUTOCONSUMO Produzione propria (Combinazione CC +RES) con basso prezzo di conferimento 60 / MWh) da utilizzare per il proprio fabbisogno (prezzo da rete elevato 130 /MWh) SEU PEAK SHAVING MSD TRADING Riduzione di un picco temporaneo (tramite storage precaricato) in modo da evitare la superiore classe di potenza Operando sul Mercato dei servizi di dispacciamento si utilizza lo Storage per Arbitrage.

17 PV 500 kwp GT+ ORC 639 kwp Carico Risorse Loc. Gen. RETE? Case History AUTOCONSUMO Impianto Industriale Consumo 4000MWh/Y Prod.PV 500MWh/Y Prod: CC 2800MWh/Y Acq.da rete 700MWh/Y kw 400 kw medi/anno Costi dell energia Acquistata dalla rete: 160 /MWh Energia autoprodotta: 110 /MWh Vendita in Rete: 70 /MWh Serie1

18 kw ore Settimana Settimana Inoltre obiettivi per il dimensionamento Batterie : a) Coprire tutto il carico dei week-end (di potenza media 50 kw) in Off-grid b) Coprire il sovraccarico in accensione e l assorbimento in spegnimento del CC c) Coprire i micro buchi di fornitura elettrica da parte di Enel d) Non sconfinare in zona SOC >85 % per limitare l invecchiamento

19 E da osservare inoltre che la Microgrid Storage ha significato solo per gli impianti sopra i 200 kw (se in esercizio entro il 31 dicembre 2014) e sopra i 500 kw (se in esercizio dopo l 1 gennaio 2015). Al di sotto di queste soglie c è un concorrente imbattibile : lo SCAMBIO SUL POSTO che è praticamente un storage gratuito di capacità infinita.

20 PEAK SHAVING : Riduzione di un picco temporaneo (tramite storage precaricato) in modo da evitare la superiore classe di potenza Case History PEAK SHAVING

21 Case History MSD TRADING Per ogni UP rilevante inserita come nodo nella rete nazionale è possibile vendere e comprare energia sui mercati rilevanti. Le aste del mercato del giorno prima (MGP) e del servizio intergionaliero (MI) impegnano convenientemente prima le centrali che vendono ai compratori e utilizzatori finali (asta sul mercato libero). Il bilanciamento istantaneo è invece eseguito dal gestore di rete che compra a salire, ma anche a scendere sul mercato MSD. WIND SOLAR MEASURES (real time) WIND/SOLAR Forecast POWER AND PRICES ON DEMAND Energy Management System Load RES Gen Set BAT

22 Andamento dei prezzi medi ponderati a salire e a scendere (MSD-MB) nel 2012 Nel mercato MSD il valore dell energia è molto più volatile e variabile e può toccare punte alte 5 volte il PUN fino a 350 /MWh e punte basse fino allo zero o prezzi negativi

23 Si può quindi pensare per un impianto industriale, con proprie fonti energetiche (Cicli Combinato PV ) quale sarebbe il ritorno economico di un parco batterie che si propone: a) di minimizzare l acquisto di energia in rete b) di ottimizzare il C.C.(rampe, black start, gestione del minimo livello) c) di cedere ad un prezzo migliore la residua energia in surplus (MSD) In pratica si propone di sommare ai due obiettivi tradizionali a) e b) anche il contributo di trading c) sul valore di vendita del mercato degli ultimi 15 minuti in base al prezzo istantaneo, per le esigenze di bilanciamento di Terna che effettua il servizio di dispacciamento.

24 Zonale Sud Ma la vendita su MSD non è che il primo di una serie di servizi.. Servizio di programmazione Servizio di riserva primaria di potenza; Modulazione Potenza attiva (up & down) Funzionamento in isola di parte di rete. Servizio di riserva secondaria e terziaria Servizi di demand response Servizio per il bilanciamento; Regolazione della tensione ( reattiva) Disponibilità all utilizzo del telescatto; Black Start

25 Ma chi può accedere al mercato MSD (e rendersi disponibile sia per il trading che per i vari servizi ancillari)? Unità di produzione in AT (tradizionale o FRNP) Clienti Finali in AT E probabilmente.. Trader (per unità GD in MT e BT fino a 1 MW) Unità di generazione diffusa MT e BT (> 1 MW) Trader (per clienti finali MT e BT)

26 Il vantaggio economico del autoconsumo (evidenziato anche dal V conto energia), è la pricipale spinta alla MICROGRID, anche se i costi delle batterie rendono il ritorno dell investimento lungo negli anni. Per far tornare i conti occorre pesare anche gli altri vantaggi: l efficienza la Power Quality l affidabilità & sicurezza Perché MICROGRID? Infine anche l aspetto ambientale politicaly correct

27 Power Quality Le microgrid possono far fronte a : buchi di tensione, Sovratensioni, flicker, armoniche I problemi di power quality rilevanti per i processi produttivi. Autoconsumo Servizi di Rete GRID Valore della MICROGRID

28 Ospedali, Università, Campus, Laboratori, Processi Industiali, CED, Centri Militari, Caserme, Fiere, Centri Commerciali etc hanno bisogno della fornitura ininterrotta di energia. Oggi, queste organizzazioni mantengono generatori in loco (soprattutto diesel) per le emergenze perché anche una modesta perdita di alimentazione può avere conseguenze negative. I controlli automatizzati della microrete sono in grado di coordinare meglio la domanda del sistema con un fornitura di energia di backup, la rete principale e le risorse di storage locali.

29 MICRO GRID STORAGE - OFF GRID Mini eolico PV Accumulo Dove non arriva l elettrificazione MICRO GRID OFF GRID

30 Con i sistemi fotovoltaici e mini eolici ed un adeguato storage a batterie è possibile realizzare un sistema off grid : generare e distribuire energia elettrica a più utenti in modo sicuro e affidabile. Il punto chiave è il tipo carico. È necessario sapere se si tratta di un carico costante o variabile, se riguarda solo il giorno, oppure prosegue anche di notte e se è continuo o intermittente.

31 W RES (PV) Load Battery ore Dove non arriva l elettrificazione rurale occorre dimensionare la fonte di energia con un profilo giornaliero sufficientemente al di sopra del consumo gionaliero (+ Gen-set) SMART RURAL OFF GRID

32 In caso di produzione in eccesso, il sistema carica le batterie, mentre in mancanza di corrente alimenta la rete tramite l energia proveniente dalle batterie. Ma realizza anche: Regolazione tensione e frequenza power quality Supervisione RES e carichi Inserimento diesel emergenza Eventuale regolazione RES Monitoraggio carica on line Strategia di copertura-bilanciamento Strategia di ricarica per durata batterie

33 SMART RURAL OFF GRID

34 MICROGRID 50kW-1 MWh- 100 kw diesel Home System 300W-12 kwh

35 Esperienze Storage sulla rete italiana Per visitare SAET Sistemi in isola Riduzione sbilanciamento Per celebrare un importante commessa Autoconsumo & Black Start 2 Piano di difesa Power 1 POI Progetto off-grid 3 Piano di sviluppo Energy Fonte: ES

36 Le nostre esperienze STORAGE con Enel e con Terna POWER INTENSIVE ENERGY INTENSIVE

37 Partecipazione al programma ENEL POI Il supporto di rete con accumulo INTENSIVE 3 Esperimenti Pilota 2 MW Dirillo, Campi Salentina, Chiaravalle Principali Funzioni Reg Primaria, Power Quality, Harmonic comp., Reg.V

38 Pn = 2 MW En = 1 MWh Tempo di scarica Nominale 30 min. Tipologia LITIO Funzioni di rete regolazione P-Q, regolazione f regolazione V Black Start, funz. in isola PROGETTO CAMPI SALENTINA

39 Tecnologia ioni di litio (NCA) Numero cicli garantiti: 2000 Rendimento: 85% ESS 2MVA 1MWh Area installazione: 200 m 2 Time shift + peak shaving Power balancing (mitigazione dell aleatorietà della produzione da RES Power quality (compensazione squilibri, buchi di tensione, armoniche) Regolazione di tensione e frequenza (riserva primaria e secondaria) Rifasamento Black start

40 Commissioned Marzo

41 SAET in Power & Energy intensive ESS projects ENEL Livorno 40 kw 20 kwh [Lithium (NCA) ] Test in progress

42 SANC Storage LAB

43 TERNA STORAGE Project Storage Lab Power Intensive Codrongianus Codrongianus 1 MW -1 MWh Ciminna Con lo scopo di garantire la sicurezza del sistema elettrico, in particolare in Sicilia e Sardegna, fornendo la riserva primaria e secondaria che gli impianti convenzionali non forniscono in quantità sufficiente

44 STORAGE LAB Piano di difesa MW SdA Power Intensive Applicazioni: sicurezza del SE delle isole Riserva e regolazione di frequenza/potenza Regolazione di tensione Power quality Integrazione con sistemi TSO Caratteristiche Tecnologia ioni di litio, NaNiCl Basso rapporto E /P (<3) Tempi di risposta rapidi 7 ESS: 5 lithium 2 sodium 1 PHASE: Storage Lab 16MW Codrongianos Casuzze? 1MW/1MWh lithium turn key supply 1 MW/2MWh sodium plant integration

45 Codrongianus 1 MW -1 MWh

46 SAET in Power & Energy intensive ESS projects Ciminna 1MW 1 MWh [Lithium LiFePO4] Project under commissioning

47 TERNA STORAGE Project SANC Sistemi di Accumulo Non Convenzionale Principali Funzioni MPE Congestioni di Rete 12 MW/80 MWh Ginestra- su Campobasso - Benevento 2 - Volturara - Celle San Vito Unità di Storage 12 MW/80 MWh Flumeri-Linea Benevento 2 - Bisaccia ,8 MW/72 MWh Scampitella 10 Linea MW-50 Benevento MWh 2 - Bisaccia 380

48 TERNA Development plan MW SdA Energy Intensive Riduzione delle congestioni su dorsali AT con elevata penetrazione eolica Caratteristiche MICROGRID STORAGE Immagazzinamento energia per un Nr ore compatibile con I profili di congestione linee 150kV Supporto a regolazione primaria Incremento riserva terziaria Regolazione di tensione Tecnologia accumulo: NaS 3 projects: Nr 2 12 MW/ 90 MWh installations Nr MW/ 81 MWh installation SANC frame contract - first phase Elevato rapporto E/P (>7) 10.8 MW / 81 MWh turn key plant in SCAMPITELLA Fonte: TERNA (AV)

49 150 kv 20 kv HV/MV HV/MV SCI LV dedicated power supply 550 V MV/LV MV/LV MV/LV MV/LV MV/LV 2 x diesel generators V PCS 1 PCS 2 PCS 5 PCS 6 PCS 9 NAS 1 NAS 2 NAS 5 NAS 6 NAS 9 AUXILIARI ES Nr 9 containers NaS battery (NGK) Nr. 9 PCS container MV containers MV/LV transformers LV container diesel supply containerized station control system (SCI) MV connection SANC with national grid batteries-pcs control system auxiliaries and cables up to MV level civil works

50 150 kv Nr 2 MV containers SCI Nr 1 SCI container 20kV Nr 9 PCS containers LV power supply 2 x diesel generators Nr 9 Battery containers AUXILIARIES Nr 2 LV aux containers View of 10.8 MW-72 MWh system in Scampitella Work in progress NB: NaS battery containers to be added assembled in Scampitella

51 4) Energy storage for RES integration Integrazione per il costruttore sistema 1MW/2MWh GE sodium ESS Campo solare 8MW EnelGreenPower a Catania battery container PCS container Tecnologia NaNiCl2 Round trip efficiency: % Nr cycles: 4500 Installation area: 135 m 2 SAET MV container

52 SAET in Power & Energy intensive ESS projects Catania 1MW 1 MWh [NaNiCl2] Project under commissioning

53 TECHNOLOGY OVERVIEW 2MW/1MWh 1MW/1MWh 1MW/2MWh 10,8MW/81MWh Lithium (NCA) Lithium (LiFePO4) NaNiCl2 NaS 2000 cycles 4000 cycles 4000 cycles 4500 cycles ή = 95% (Battery) ή = 95% (Battery) ή = 85% (Battery) ή = 75% (Battery) Energy/Power: 0,5-2 Energy/Power: 0,5-2 Energy/Power: 2-5 Energy/Power: ,5 kg 1,5 kwh 25 kg 2,5 kwh 450 kg 20 kwh 3000 kg 225 kwh 9MWh 12x2,4x2,8 m 12x2,4x2,8 m 9x4x4 m

54 CONCLUSIONI La crescita delle FRNP e GD ha portato a numerosi problemi nel sistema elettrico e ha richiesto importanti modifiche strutturali anche per l utilizzatore PROSUMER. Tra le soluzioni SMART per sopperire a questi problemi ache lo SMART STORAGE che ha diversi vantaggi (anche se gli alti costi portano a ritorni ancora troppo lunghi). Con lo Storage oltre alle soluzioni on-grid ed off grid sono state sviluppate soluzioni MICROGRID STORAGE modello energetico sempre più moderno ed efficiente che promuove l AUTOCONSUMO AUTOCONSUMO e SERVIZI di RETE portano valore alle MICROGRID che si profilano come la nuova soluzione per l integrazione delle RES e di decentramento energetico con aumento di qualità ed efficienza

55 Grazie per l attenzione