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Impianti di accumulo di energia elettrica: caratteristiche ed applicazioni Angelo Baggini* * CENELEC TC14 Chairman Facoltà Ingegneria DISA Università di Bergamo angelo.baggini@unibg.it Comitato Elettrotecnico Italiano 1

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

Applicazioni Attori interessati Gestori Rete di Trasmissione (TSO) Gestori Rete di Distribuzione (DSO) Gestori di Micro Rete Titolari FRNP Produttori/Consumatori (Prosumer) 3

Applicazioni FRNP Riduzione: fluttuazioni potenza 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

Applicazioni Peak shaving Arbitraggio Energy time shift 5

Supporto Applicazioni - Erogazione Servizi rete 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

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

Applicazioni 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

Applicazioni 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

CT 120 Sistemi di accumulo di energia Project Reference IEC 62933-1 Ed. 1.0 Electrical energy storage (EES) systems - Terminology IEC 62933-2 Ed. 1.0 Unit parameters and testing methods of electrical energy storage (EES) system - Part 1: General specification IEC 62933-3 Ed. 1.0 Planning and installation of electrical energy storage systems IEC/TS 62933-4 Ed. 1.0 Electrical Energy Storage (EES) Systems - Guidance on environmental issues IEC/TS 62933-5 Ed. 1.0 Safety considerations related to the integrated electrical energy storage (EES) systems Init. Date Publ. Date 2014-05 2016-12 2014-05 2017-12 2014-05 2017-10 2014-05 2017-12 2014-05 2017-12 10

Aspetti progettuali impiantistici nell accumulo elettrico Angelo Baggini* * CENELEC TC14 Chairman Facoltà Ingegneria DISA Università di Bergamo angelo.baggini@unibg.it Comitato Elettrotecnico Italiano 11

CEI 0-16 e CEI 0-21 Sistema di accumulo Componenti fondamentali 1. 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

Sistema di accumulo Componenti fondamentali 1. 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

Protezione e sicurezza AC/DC Contatti diretti Contatti indiretti Sovraccarico Cortocircuito Fulmini e Sovratensioni Arco elettrico Esplosione Sezionamento Comando di emergenza 14

Norma CT 64 Impianti elettrici utilizzatori BT Titolo CEI 64-8 Impianti elettrici utilizzatori a tensione nominale non superiore a 1 000 V in corrente alternata e a 1 500 V in corrente continua 64/2079A/NP CEI 61660-1 CEI 61660-2 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 15

Protezione contro i contatti indiretti RETE AC/DC F MASSA 16

Protezione contro i contatti indiretti CC Interruzione automatica RETE AC/DC MASSA R E I dn U L F Tipo differenziale I d Sistema TT 17

Protezione contro i contatti indiretti CC Interruzione automatica RETE AC/DC MASSA F I d Sistema TT 18

Protezione contro i contatti indiretti CC Interruzione automatica RETE AC/DC MASSA F Sistema TN-S 22

Protezione contro i contatti indiretti CC Interruzione automatica RETE AC/DC MASSA Z S I a U 0 F Uo (s) 50< Uo 120 120< Uo 230 T (s) -- 5 Uo (s) 230< Uo 400 Uo > 400 T (s) 0,4 0,1 Sistema TN-S 23

Protezione contro i contatti indiretti CC Interruzione automatica RETE AC/DC MASSA F Sistema TN-C 24

Art. 6.3 CEI 64-18 Protezione contro i contatti indiretti CC CA CA Corrosione elettrolitica dell anodo (+) 25

* 1 x pto connessione Generale x 1 pto solo** ** CEI EN 61851-1 Protezione contro i contatti indiretti Dispositivi differenziali Tipo* A monofase B trifase

CA CC CA CC Protezione contro i contatti indiretti Dispositivi differenziali

Protezione contro i contatti indiretti Dispositivi differenziali RETE MASSA CA AC/DC MASSA CC 1 2 F F I d I d 28

Protezione contro i contatti indiretti Separazione elettrica RETE AC/DC MASSA V L 100 000 Vm e L 500 m 29

Protezione contro i contatti indiretti CC Doppio isolamento Cavi con tensione nominale maggiore di un gradino: CEI 20-40 CEI 20-67 CEI 64-8 Uo/U Sist. isolato da terra o con polo a terra (Uo=U) Sist. con punto mediano a terra (Uo = U/2) ORDINARIO EQ.CLASSE II ORDINARIO EQ.CLASSE II 450/750 V 675 V 450 V 1125 V 750 V 0,6/1 kv 900 V 675 V 1500 V 1035 V OPPURE Cavi senza guaina posati in via cavi isolante CC: tensione sistema < 1,5 x tensione nom cavo NO secondo IEC 64/2079A/NP

Protezione contro il Cortocircuito CC n I M1 = I CC F I M2 = I RD + (n-1) I CC

Protezione contro il cortocircuito CC* Dispositivi Interruttori automatici Uso domestico e similare EN 60898-1 EN 60898-2 (-3) Uso industriale EN 60947-2 Fusibili Ucc = ~ 0,5 Uca t (s) K * E anche i contatti indiretti con TN I (A)

CEI 64-8 e CEI 81-10 Protezione contro le Sovratensioni Manovra - Fulminazione Consiglio

Protezione contro Arco elettrico NO estinzione a 0 Elevato rischio di incendio Protezione contro le sovracorrenti Guasto parallelo Guasto isolamento Guasto serie

Protezione contro Arco elettrico I d

Sezionamento CC sotto carico azionabile da comando remoto posizione segnalata ed accessibile esterno ai compartimenti antincendio Categorie di utilizzazione in CC Manovra frequente Manovra non frequente Applicazioni tipiche DC-20A DC-20B Stabilimento e interruzione a vuoto DC-21A DC-21B Manovra di carichi resistivi con sovraccarichi di modesta entità DC-22A DC-22B Manovra di carichi misti resistivi e induttivi con sovraccarichi di modeste entità (per es. motori in derivazione) DC-23A DC-23B Manovra di motori o altri carichi altamente induttivi (Alternativa: area recintata)

Sezionamento CC Dispositivi Interruttori automatici Uso domestico e similare EN 60898-1 EN 60898-2 (-3) Uso industriale EN 60947-2 Interruttori di manovra-sezionatori EN 60947-3 (CEI 17-11): Tensione ridotta o vuoto DC20* Protetti contro sovracorrenti o I > + - + - (* + avviso CEI 64-8) + - + -

Comando sezionamento COMPARTIMENTO ANTINCENDIO

Angelo Baggini Università degli Studi di Bergamo Dipartimento di Ingegneria e Scienze Applicate Viale Marconi 5, 24044 Dalmine (BG) Italy email: angelo.baggini@unibg.it