MICRO GRID ed ENERGY STORAGE

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1 MICRO GRID ed ENERGY STORAGE Antonio Zingales SAET Barbara Rossi SAET ANIMP Milano 11 Luglio E Energy, Efficiency and Environment Efficienza energetica e cogenerazione: Quali prospettive per l industria italiana nei nuovi mercati energetici

2 Il convegno si propone la rivisitazione della produzione elettrica italiana, focalizzandosi sui temi della cogenerazione e della efficienza energetica con particolare riferimento alle prospettive di sviluppo per la nostra industria. Ci è sembrato significativo in questo contesto inserire l efficienza del ciclo SEU (Sistema Efficiente di Utenza) nel caso RENEWABLE + STORAGE anche perché soprattutto nel FOTOVOLTAICO ci si sta avvicinando alla GRID PARITY. Ha quindi sempre più significato domadarsi se producendo da fonte rinnovabile con adeguato Storage, in maniera sicura ed efficiente, conviene PRODURRE PER SE STESSI Microgrid per AUTOCONSUMO

3 OUTLINE L ACCUMULO ELETTROCHIMICO INTRODUZIONE RES & ENERGY STORAGE RES & STORAGE ON GRID RES & STORAGE OFF GRID MICROGRID & AUTOCONSUMO CONCUSIONI

4 L accumuloelettrochimico Tra I vari sistemi di Accumulo il sitema a Batterie è una tra le modalità più flessibili

5 L accumuloelettrochimico Sia in termini di applicazioni

6 L accumuloelettrochimico.. Che di funzioni : è sostanzialmente adatto ai servizi di potenza e di energia

7 L accumuloelettrochimico Ma le soluzioni di Accumulo non sono tutte uguali

8 L accumuloelettrochimico E quindi pensabile di usare batterie diverse per diverse applicazioni al Piombo al Litio al Nickel Cadmio al Sodio Densità Nominale [Wh/kg] Efficienza Energetica [%] Numero di cicli (Cycle Life) N Profondità di scarica [%] Vita attesa (Calendar Life) anni Temperatura di lavoro [ C] Efficienza riciclaggio [%] > > NA > NA

9 RES & Energy Storage Le energie rinnovabili intermittenti non prevedibili (Wind + Solar) sono cresciute enormemente in Italia ed è cresciuto il rischio di instabilità perchè non c è una corrispettiva potenza di regolazione primaria. Wind power installed from 2001 to 2012 (MW) PV installed from 2007 to 2012 (MW) MW MW Wind 8,2 GW -13,2 TWh/y Solar 16,6 GW -18,8 TWh/y

10 RES & Energy Storage 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 10

11 RES & ESS ON-GRID Provvedimenti SMART STORAGE-ON GRID di supporto alle FRNP: 1) Lo storage che rende le rinnovabili a profilo prevedibile (riduzione sbilanciamento) AEEG FER [Energy] 2) La partecipazione delle rinnovabili alla regolazione primaria per grosse FRNP (> 10 MW) AEEG FER [Power] 3) La raccolta delle folate di vento con sovraccarico elettrico (MPE Mancata Produzione Eolica) TSO [Energy] 4) Il supporto di rete alla distribuzione con generazione diffusa 4) DSO [Power]

12 RES & ESS ON-GRID STORAGE che rende le RINNOVABILI a PROFILO PREVEDIBILE La funzione è quella di accumulare energia nei periodi di elevata produzione (superiore alla previsione) per reimmetterla in rete nei periodi di bassa produzione (inferiore alla previsione) profilo più prevedibile e più regolare Il primo punto chiave è avere una buona previsione. Modalità e risultati sono abbastanza diversi e peculiari per le previsioni EOLICHE e FOTOVOLTAICHE

13 RES & ESS ON-GRID MW Serie 1 Produzione Serie 2 Previsione Previsione Wind Serie 1 Produzione Serie 2 Previsione Previsione Solar h

14 RES & ESS ON-GRID 34 MW -150 MWh per un campo Eolico da 51 MW La potenza fornita in rete è costante e prevedibile con la variabilità del vento compensata dallo storage

15 RES & ESS ON-GRID La partecipazione delle rinnovabili alla regolazione primaria per FRNP > 10 MW I gruppi di generazione che forniscono il servizio di regolazione primaria di frequenza devono: rendere disponibile una banda di regolazione primaria non inferiore a ± 3 % della potenza efficiente; erogare 50% della propria riserva di regolazione primaria entro un tempo massimo di 15 secondi e il 100% in 30 s dall evento ( f) continuare l erogazione della potenza di riserva almeno per i successivi 15 minuti.

16 RES & ESS ON-GRID FRNP CON REGOLAZIONE PRIMARIA Dall obbligo di regolazione primaria sono esclusi (art. 1B.5.6.1) gli impianti da FRNP. Priorità Dispacciamento Non obbligo riserva. Con lo STORAGE le FRNP sono in grado di avere la riserva regolante Perché non remunerare alle FRNP il servizio?

17 RES & ESS ON-GRID Regolazione della potenza in rete in funzione della frequenza Riserva del 1,5 % per regolazione Pr. Normalmente per le FRNP si regola solamente l eventuale riduzione progressiva della produzione in caso di sovrafrequenza, mentre si potrebbe erogare il servizio di regolazione anche a salire (in asservimento ai sistemi di difesa)

18 RES & ESS ON-GRID LA RACCOLTA DELLE FOLATE DI VENTO Il gestore, per garantire la sicurezza del sistema, in occasione delle folate di vento che portano il sovraccarico sulla linea, attraverso una comunicazione (UPDM) obbliga il produttore a non evacuare energia in rete garantendo comunque una remunerazione economica per la mancata produzione. Si tratta in effetti di un meccanismo che tutela il produttore ma non la produzione. TERNA ha dovuto tagliare produzione eolica per 480 GWh nel 2010 per 260 GWh nel 2011 e per 135 GWh nel 2012.

19 RES & ESS ON-GRID Unità di Storage localizzate nelle provincie di Foggia, Avellino, Salerno e Benevento Principali Funzioni MPE Congestioni di Rete 2 x 6 Unità MW/40 di Storage MWh Campobasso - Benevento 2 - Volturara - Celle San Vito 2 x 10 6 MW/40 MW-50 MWh Benevento 2 - Bisaccia 380 MWh 6 MW/40 MWh + 4,8 MW/32 MWh Benevento 2 - Bisaccia 380

20 RES & ESS ON-GRID Il supporto di rete con accumulo POWER INTENSIVE 2 Esperimenti Pilota 8 MW Ottana e Caltanisetta 3 Esperimenti Pilota 1-2 MW Dirillo, Campi Salentina, Chiaravalle SAET in erection phase in this job

21 RES & ESS ON-GRID Nr 3 40 ft containers SAET Energy Storage System CP Campi Salentina (LE) 20 kv transformer + switchgears 400 V batteries + PCS Taglia: 2 MVA 1MWh Tecnologia: Li-Ion Fornitura turn key in container BM S BM S BM S BM S BM S BM S BM S BM S Consegna : Agosto

22 RES & ESS ON-GRID Nr 3 40 ft containers transformer + switchgears Supporto di tensione batteries + PCS Power Quality. Taglia: 2 MVA 1MWh Tecnologia: Li-Ion Fornitura turn key in container Regolazione Primaria Consegna : Agosto

23 RES & ESS OFF-GRID Mini eolico PV Accumulo Dove non arriva l elettrificazione RES & ESS OFF GRID

24 RES & ESS OFF-GRID 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.

25 RES & ESS OFF-GRID 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

26 RES & ESS OFF-GRID SMART RURAL OFF GRID

27 RES & ESS OFF-GRID 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

28 RES & ESS OFF-GRID Alcune esperienze OFF GRID Consumi Tipologia installazione Località Potenza [kw] Energia [kwh/gg] PV [kwp] Eolico [kw] Diesel [kva] Batterie [kwh] PCS [kw] Villaggio turistico Maldive (400kW) 500 Miniera SudAfrica (?) Villaggio africano ~ 350 pp Senegal Villaggio africano ~ 1000 pp Senegal Ospedale-370 posti letto Italia Ospedale-65 posti

29 Microgrid & Autoconsumo MICROGRID & STORAGE Microgrid è una rete con carichi interconnessi e risorse energetiche distribuite entro limiti definiti che agisce come unica entità controllabile rispetto alla rete con funzionamento in parallelo alla rete oppure in isola.

30 Microgrid & Autoconsumo MICROGRID & STORAGE MICROGRID è una utenza quasi autonoma della distribuzione

31 Microgrid & Autoconsumo MICROGRID è una utenza quasi autonoma e può essere a singolo consumatore (Consumer Microgrid) oppure a consumatori multipli (Community Microgrid) Ma è vista dalla distribuzione come un singolo utente.

32 Microgrid & Autoconsumo La MICROGRID con Batteria e scambio sul posto

33 Microgrid & Autoconsumo Controllo e architettura di rete

34 Microgrid & Autoconsumo CHE COSA È NECESSARIO PER IMPLEMENTARE UNA MICROGRID? Una sorgente di energia (possibly RES) ed eventualmente di emergenza (diesel) Un sistema di Energy storage Un unico punto di allaccio /fatturazione Un sistema di protezione e controllo in grado di realizzare selettività / isolamento guasto / fast restoration e/o automatic islanding Un sistema di comunicazione rapido in grado di abilitare queste funzioni integrandole con le informazioni del mercato dell energia

35 Microgrid & Autoconsumo MICROGRID è SORGENTE RINNOVABILE + eventuale Diesel ed eventuale gestione calore

36 Microgrid & Autoconsumo MICROGRID è ENERGY STORAGE Fornisce l energia immagazzinata (nel range di qualche MWh) Consente di immagazzinare la potenza generata in eccesso Consente di attenuare la rampa di potenza di carico Permette il peak shaving

37 Microgrid & Autoconsumo MICROGRID è.. sistema di protezione e controllo in grado di realizzare selettività / isolamento guasto / fast restoration e/o automatic islanding

38 Microgrid & Autoconsumo MICROGRID è gestione intelligente della potenza e delle informazioni Sfruttando le nuove tecnologie l utente non sarà più passivo consumatore di energia, ma interagirà con il mercato in tempo reale con l acquisto e la vendita di energia tramite apposite interfacce di tipo web divenendo quindi PRO-ACTIVE CONSUMER PROSUMER.

39 Microgrid & Autoconsumo MICROGRID è gestione smart della potenza e delle informazioni Calore / potenza combinata (CHP) Coordina offerta e domanda Evita perdite di trasmissione Integra le fonti di energia rinnovabili Resilientie ai guasti

40 Microgrid & Autoconsumo KW Carico PV Batt. 24 h Il surplus prodotto dalla fonte rinnovabile viene accumulato in un sistema di storage per restituirlo nella fase in cui RES<Load (tipicamente la notte). La domanda di carico residua verrà coperta con l energia prelevata in rete, se c è energia PV di surplus viene immessa in rete.

41 Microgrid & Autoconsumo Autoconsumo conviene Per incentivare l uso dell energia autoprodotta, il V Conto Energia ha introdotto alcuni benefici per chi "autoconsuma" l'energia prodotta dal proprio impianto fotovoltaico e la possibilità di accumulare energia può essere interessante anche per gli impianti connessi alla rete. I benefici legati all energia consumata sul posto sono notevoli, un consistente risparmio sulla bolletta elettrica, non dovendo acquistarne dalla rete, e la fruizione di un premio,secondo le norme vigenti (sull energia prodotta).

42 Microgrid & Autoconsumo Vendere energia pulita senza passare dalla rete ma producendola direttamente in loco è una strada molto interessante: per il consumatore il vantaggio è quello di vedersi offrire una sorta di contratto con prezzi scontati e bloccati per il produttore invece è quello di poter vendere elettricità senza che sul prezzo gravino imposte e oneri di sistema.

43 Microgrid & Autoconsumo Se un produttore di fotovoltaico, al Sud Italia, vendesse direttamente l'energia a una piccolamedia impresa con elevati consumi diurni, facendola pagare euro a MWh, il suo impianto si ripagherebbe da solo senza bisogno di incentivi da intervista a Qualenergia.it del professor Arturo Lorenzoni Prezzi del 10 Luglio 2013 all ingrosso 68,7 / MWh al dettaglio 164 /MWh Remunerazione per il produttore (PUN da GME) senza incentivi Prezzo al MWh per cliente tipo* servito in maggior tutela (AEEG 2 sem 2013)

44 Microgrid & Autoconsumo In Italia c è anche la definizione di SEU, (i Sistemi Efficienti di Utenza), configurazione che permette ai produttori da rinnovabili o da cogenerazione di vendere a un cliente l'energia 'dietro al contatore', cioè senza che passi per la rete, e, dunque, senza che sia gravata da costi di trasmissione, dispacciamento e oneri di sistema. Produzione di energia destinata all autoconsumo anziché alla vendita In Italia i SEU hanno stentato a nascere..ed ora stanno già pensando di ucciderli sul nascere. (AEEG sta pensando di gravarli parzialmente degli oneri di sistema, di trasmissione e di dispacciamento.)

45 Microgrid & Autoconsumo In Germania invece è partito un programma di incentivazione per l autoconsumo per i sistemi di accumulo abbinati a impianti fotovoltaici di piccola taglia (< 30 kw) che non hanno usufruito dei precedenti incentivi (in servizio dopo il 31 dicembre 2012). Condizioni di incentivazione PV < 30 kwp In servizio dopo Pmax in rete 60% KWp Inverter smart (telecomandabile)

46 Microgrid & Autoconsumo $ INFO Mercato energia WIND /SOLAR MEASURES (real time) WIND/SOLAR Forecast BATTERY SCADA POWER FREQUENCY REGULATION per ottenere questi vantaggi deve essere SMART. RTN Data Base Monitoring Regulating STORAGE. Load

47 CONCLUSIONI La crescita esponenziale delle RES ha portato a numerosi problemi di rete Tecnicamente l accumulo elettrochimico appare come la soluzione di rete, che comporta vantaggi (sia Energy che Power intensive), ma 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 modello energetico sempre più moderno ed efficiente in linea con il SEU che promuove l AUTOCONSUMO La Grid Parity nel fotovoltaico si raggiunge attraverso micro reti elettriche locali con dispositivi di accumulo dell energia prodotta e possibilità di vendita diretta dell'energia ai consumatori finali. Si ottiene quindi l obiettivo di integrazione delle RES e di decentramento energetico con aumento di qualità ed efficienza

48 3E Energy, Efficiency and Environment Milano Grazie per l attenzione 48