L accumulo di energia elettrica da fonte rinnovabile non programmabile

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1 L accumulo di energia elettrica da fonte rinnovabile non programmabile Workshop Q Sistemi di accumulo dell energia elettrica e termica: scenari attuali e prospettive future

2 TOZZI HOLDING La storia di Tre S.p.A. è fortemente legata a quella del Gruppo Tozzi, impresa italiana con un esperienza di oltre cinquant anni nei settori dell impiantistica elettro-strumentale e dei quadri elettrici di strumentazione. Oggi il Gruppo Tozzi presenta un offerta di servizi e prodotti ampiamente diversificata ed in seguito alla riorganizzazione avvenuta nel 2006, il Gruppo è attualmente controllato da Tozzi Holding, guidata dalla famiglia Tozzi. 2

3 TOZZI RENEWABLE ENERGY TRE si configura come produttore di energia elettrica che negli anni ha maturato una significativa esperienza nella realizzazione di impianti da FER (oltre 600 MW di potenza complessiva installata). Fotovoltaico Eolico Idroelettrico Biomassa Accumulo di energia 3

4 TOZZI RENEWABLE ENERGY Le principali attività sono le seguenti: Costruzione di impianti da FER. Produzione di energia. Vendita di energia. Ricerca e sviluppo. 4

5 RICERCA E SVILUPPO Dal 2006 Tre vanta una divisione impegnata nell attività di ricerca e sviluppo in cui investe circa il 5% del suo fatturato annuo. 20 ricercatori e importanti collaborazioni con prestigiosi Centri di ricerca italiani e internazionali. Gli obiettivi della divisione R&D sono lo sviluppo di tecnologie per la generazione distribuita di energia da fonte rinnovabile. 5

6 RICERCA E SVILUPPO ATTIVITÀ Smart Mobility Photoelectrochemical Solar Cells Energy Storage Technologies Hydrogen Technologies 6

7 REALIZZAZIONE DI UNA MICROGRID CON FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE E UN SISTEMA DI ACCUMULO. 7

8 TMPC Tozzi Master Power Control DESCRIZIONE DEL PROGETTO Installazione di un impianto pilota di accumulo di energia (TS), utilizzato per lo stoccaggio e la diffusione di energia elettrica proveniente da fonti rinnovabili non programmabili all interno di un caseificio ovino. IMPIANTO FOTOVOLTAICO TGA IMPIANTO EOLICO TGA B U S RETE TS Tozzi Storage A C UTENZE TGA Schema a blocchi del sistema 8

9 OBIETTIVI DEL PROGETTO Eseguire uno studio di fattibilità, progettazione, sviluppo di un prototipo di TS equipaggiato con batterie al sodio/cloruro di nickel e relativa sperimentazione in campo. Eseguire l installazione del TS presso il caseificio già dotato di un impianto di produzione di energia da fonti rinnovabili, e interfacciare il sistema di accumulo con le utenze elettriche del caseificio stesso. Assicurare il funzionamento del TS quando è connesso alla rete. Ottimizzare la produzione di energia elettrica proveniente dalla turbina eolica e dall impianto fotovoltaico. 9

10 SITO D INSTALLAZIONE DELL IMPIANTO PILOTA Il sito scelto per la costruzione dell impianto pilota è stato il Caseificio Il Buon Pastore di proprietà TRE Tozzi Renewable Energy SpA. Sito impianto pilota, via Forello, Sant Alberto (RA) 10

11 PLANIMETRIA DEL SITO D INSTALLAZIONE DEL TS TGA 3 TGA 1 TMPC TGA 2 TS Tozzi Storage TGA Tozzi Grid Analyzer TMPC Tozzi Master Power Control 11

12 ARCHITETTURA HARDWARE Tozzi Grid Analyzer 12

13 INVERTER ARCHITETTURA SOFTWARE BMS Battery Management System FPGA field-programmable gate array REAL TIME TMPC Tozzi Master Power Control PCS CONTROLLER Tozzi Grid Analyzer TGA 1 TGA 2 TGA 3 13

14 TS TOZZI STORAGE Architettura: BESS PCS Controller Inverter Quadro comando 14

15 DISTRIBUZIONE INTERNA TS (FOTO COMPONENTI DEL SISTEMA) PCS BESS 15

16 COMPONENTI DEL SISTEMA PCS BESS Inverter Quadro comandi Controller 16

17 TOZZI STORAGE BESS 8 moduli (S4P2) NaNiCl 2 50 kw / 150 kwh, 620 V Caratteristiche di un Modulo Batteria Numero totale di celle 240 Capacità nominale di corrente 38 Ah Capacità nominale di energia 23.5 kwh (efficienza 100%, DOD 100%) Potenza nominale Tensione operativa (min/nom/max) Tensione di carica (min/max) 6.25 kw 460/620/648 V DC 420 V DC /700 V DC (via Bus DC) Massima corrente di scarica 30 A Tempo di carica/scarica standard 8 h per la carica, 3 h per la scarica Efficienza energetica 93% Temperatura operativa dell ambiente da -20 C a 60 C Temperatura di funzionamento da 250 C a 350 C Autoscarica < 140 W per ora Potenza assorbita dagli ausiliari 100 W Dimensioni e peso (comprensivi di BMS) 624x404.5x (LxHxP); 231 kg 17

18 BESS: componenti TOZZI STORAGE BMS sistema intelligente di gestione delle batterie; Gateway: interfaccia verso PCS Controller il quale comunica con il PCS Controller inviando informazioni sulle batterie. 18

19 BESS: batteria ai sali fusi sodio nichel. Vantaggi Alta densità di energia; Efficienza columbica 100%; Bassa autoscarica (< 0.3%); Sicurezza elettro-meccanica intrinseca: Ripristino fratture alta T, reazione: NaAlCl 4 + 3Na 4NaCl + Al; Limitazione sovra -carica/-scarica, reazione: 2NaAlCl 4 + Ni 2Na + 2AlCl 3 + NiCl 2 ; Basso consumo ausiliari (risp. NaS); Raffreddamento lento in condizioni flat (qualche C/h). TOZZI STORAGE Svantaggi Costi ancora elevati; Necessario livellamento delle tensioni di cella (necessarie ~ 5 h continuative a settimana); Tempo elevato per portare il sistema in temperatura quando freddo (~ 8h). Limite di capacità allo 80% SOC (risp. litio-ione) per non ridurre il numero max di cicli. 19

20 TOZZI STORAGE PCS QUADRO COMANDO: architettura 20

21 TOZZI STORAGE PCS INVERTER Derivazione fotovoltaico kva, V Customizzazione: Controllo in tensione BUS DC Controllo in corrente BUS DC 21

22 TOZZI STORAGE PCS Controller: Interfaccia di configurazione e gestione inverter 22

23 TOZZI STORAGE PCS CONTROLLER: gestione input/output analogici e digitali 23

24 TOZZI STORAGE PCS CONTROLLER: interfaccia di configurazione e gestione BESS 24

25 TOZZI MASTER POWER CONTROL Sistema computerizzato che esegue il software e gli algoritmi di controllo. Attraverso l HW di comunicazione è connesso al PCS Controller. Unità di Controllo dell Impianto Inizializzazione Sistema Gestione flussi di potenza del Sistema Gestione Comunicazione Gestione Warning e Allarmi 25

26 TOZZI MASTER POWER CONTROL 26

27 TOZZI GRID ANALYZER Acquisizione ad alta frequenza su Utenze, PV, WT delle misure di: Tensione fase-fase e fase-neutro Corrente Potenza attiva, reattiva e apparente Frequenza Fattore di potenza Armoniche di tensione e corrente Distorsione totale armoniche Trasmissione dati via RS485 o Fibra Ottica. 27

28 TEST DI VALIDAZIONE IN CAMPO Ottimizzazione dell utilizzo di energia prodotta da fonti rinnovabili: Verifica degli algoritmi di controllo del flusso di energia nel sistema, al fine di minimizzare il consumo di energia dalla rete e al contempo dimostrare il corretto bilanciamento tra profili di consumo e disponibilità di energia accumulata da RES. Profili di produzione di energia da turbina eolica e impianto FV, e profilo di consumo di energia del caseificio. 28

29 TEST DI VALIDAZIONE IN CAMPO In line red In line blue PGrid = PLoad PWT - PPV PGrid = PLoad PWT - PPV - PTS Snapshot del TMPC che mostra lo stato operativo dell impianto su un periodo di 15 min 29

30 TEST DI VALIDAZIONE IN CAMPO Snapshot del TMPC con dettaglio sul rumore nella rete su un periodo di 1 min 30

31 GRAZIE PER L ATTENZIONE Eng. Jose Manuel Subiñas Seco de Herrera, Project Engineer R&D Dept. TRE S.p.A. Tozzi Renewable Energy Headquarters: Via Zuccherificio Mezzano (RA) - Italy Office Phone: Mobile Phone Website: Workshop Q Sistemi di accumulo dell energia elettrica e termica: scenari attuali e prospettive future 31

32 SISTEMA DI ACCUMULO ELETTROCHIMICO DI ENERGIA OFF-GRID 32

33 SISTEMA DI ACCUMULO DI ENERGIA OFF-GRID Generalmente è composto da un insieme di batterie con il loro sistema di controllo della potenza, accoppiate a una turbina eolica e/o a pannelli fotovoltaici. generatore diesel come sistema di back up. Inoltre, è possibile integrare un 33

34 SISTEMA DI ACCUMULO DI ENERGIA OFF-GRID VANTAGGI Diminuzione o eliminazione del consumo di combustibile Indipendenza energetica e diminuzione del costo dell energia Alte efficienza e affidabilità Diminuzione del dell inquinamento acustico e atmosferico Bassa manutenzione 34

35 Elettrificazione rurale Fabbriche Off-grid Telecomunicazioni Aziende di trattamento dell acqua Miniere Turismo: Alberghi, Resorts Aziende agricole Oil & Gas SISTEMA DI ACCUMULO DI ENERGIA OFF-GRID CAMPO DI APPLICAZIONE 35

36 SISTEMA DI ACCUMULO DI ENERGIA OFF-GRID REFERENCES 1. Satrokala (Madagascar) PV, Wind and Diesel Hybrid Power System 2. Satrokala (Madagascar) Wind and Diesel Hybrid Power System 36

37 Requisiti Sito Applicazione Carichi 1. Satrokala Plant Configurazione Fornire elettricità ad un area rurale dove non è presente la rete pubblica. Area Rurale. Off-Grid. Consumo di energia 30 MWh/anno. Pannelli fotovoltaici Turbina Eolica Sistema Batterie Generatore Diesel SISTEMA DI ACCUMULO DI ENERGIA OFF-GRID Illuminazione, pompe d acqua e sistemi di trattamento d acqua. Potenza Nominale - 3 kw. Potenza Nominale - 10 kw. Capacità 1200 Ah. Non Presente. 37

38 SISTEMA DI ACCUMULO DI ENERGIA OFF-GRID 1. Satrokala Plant Requisiti Location Applicazione Carichi Configurazione Fornire elettricità ad un area rurale dove non è presente la rete pubblica. Villaggio e campo di coltivazione. Off-Grid. Consumo di energia 110 MWh/anno. Pannelli fotovoltaici Turbina Eolica Sistema Batterie Generatore Diesel Carichi tipici domiciliari, officina meccanica e una pompa d acqua per l irrigazione dei campi. Non Presente Potenza Nominale- 60 kw. Capacità Ah. 110 kva 38

39 GRAZIE PER L ATTENZIONE Eng. Jose Manuel Subiñas Seco de Herrera, Project Engineer R&D Dept. TRE S.p.A. Tozzi Renewable Energy Headquarters: Via Zuccherificio Mezzano (RA) - Italy Office Phone: Mobile Phone Website: Workshop Q Sistemi di accumulo dell energia elettrica e termica: scenari attuali e prospettive future 39