La mobilità elettrica e le sue relazioni con il sistema elettrico Giuseppe Mauri Responsabile Gruppo di Ricerca ICT e E-Mobility
SOMMARIO Introduzione Aspetti ambientali Infrastrutture di ricarica e standard Aspetti energetici Impatto sulle reti della distribuzione Vantaggi di un batteria su ruote: V2G
MOBILITÀ ELETTRICA: PERCHÉ I VEICOLI ELETTRICI?
MOBILITÀ ELETTRICA: PERCHÉ I VEICOLI ELETTRICI? PERCHE ORA? Forte impegno normativo europeo o Obiettivi 20-20-20 (al 2020) e 40-27-30 (al 2030) o Vincolo per i produttori di autoveicoli: emissioni medie 95 g CO2 /km dal 2021 --> Impegno diretto delle case automobilistiche Evoluzione delle tecnologie di accumulo Interesse da parte di molteplici attori alla transizione verso il concetto di Smart Grid Disponibilità di tecnologie avanzate nel settore ICT
MOBILITÀ ELETTRICA: UN PERCORSO PROGRESSIVO Source: European Council for Automotive Research 5
TECNOLOGIE A CONFRONTO Ibridazione Plug-in Elettrificazione Veicolo a batteria Mix Italia Veicolo a gas. Solo biometano Veicolo a batteria Solo FV
Diapositiva 6 8 i titoli sono da aggiornare... pierpaolo girardi; 17/11/2017
AUTOVETTURA ELETTRICA PURA Autonomia in funzione delle dimensioni della batteria kwh km 200 250 400 500 600 100 80 60 40 30 Città: +/- 5% Autostrada (130km/h): - 30% Extraurbano (90km/h): - 5% Inverno: -20%
AUTOVETTURA ELETTRICA TIPO VENDUTA NEL 2018 Vantaggi 300 km autonomia (378 NEDC) Elevata efficienza complessiva Priva di cambio manuale Facilitazioni per accesso aree ZTL e parcheggio La batteria può essere ricaricata da rete Svantaggi Riduzione autonomia invernale -20% Riduzione autonomia a 130km/h -30% Pianificare il percorso in anticipo per mancanza rete di ricarica globale Tempi di ricarica da considerare Ricarica ü Abitazione ü Lavoro ü Destination charge ü Lungo i percorsi: ü Veloce (50 kw) o Ultraveloce (350 kw) prossimamente
Infrastrutture di ricarica e standard Type 2 CCS Combo 2 CHAdeMO
INFRASTRUTTURE PER LA MOBILITÀ ELETTRICA Il punto di vista dell utente Scenario 1 Sosta prolungata (2-10h) box, parcheggi privati, condominiali e delle flotte aziendali Normale presa elettrica (massimo 2,5 kw) Wall Box (massimo 7 kw) con gestore dei carichi Scenario 2 Sosta breve (30 minuti-2h) centri commerciali, cinema e ristoranti, parcheggi pubblici Colonnine (massimo 22-30 kw) Business model di successo: ricarica gratuita Scenario 3 Fermata (< 30 ) stazione di servizio autostradale o urbana sistemi di ricarica FAST multistandard con potenza maggiore di 50 kw (fino a 160 kva per Tesla) Sistemi Hypercharger fino a 350 kw (CCS Combo2)
INFRASTRUTTURE PER LA MOBILITÀ ELETTRICA TECNOLOGIE disponibili per l infrastruttura di ricarica VELOCE O FAST MULTISTANDARD 15 minuti 80 km 20 minuti 80% batteria Fino a 3 auto contemporaneamente, di cui una in DC e due in AC (prototipo in fase di omologazione), tecnologia italiana, prodotto in Italia Fino a 2 auto contemporaneamente, di cui una in DC ed una in AC
INFRASTRUTTURE PER LA MOBILITÀ ELETTRICA TECNOLOGIE disponibili per l infrastruttura di ricarica VELOCE O FAST MULTISTANDARD
WALLBOX CON POWER MANAGEMENT Una wall box in grado di limitare automaticamente la potenza di ricarica per evitare l intervento del limitatore anche in assenza di altri sistemi di gestione dell energia power meter carichi residenziali L elettricista qualificato installa contestualmente: la wall box, il power meter e la linea di comunicazione con il power meter o il sistema di gestione dell energia esistente wall box residenziale Linea di comunicazione 13
WALLBOX CON POWER MANAGEMENT La presenza di una wallbox che regola automaticamente la potenza di ricarica in funzione della potenza disponibile è un valido aiuto per: 1. Evitare che la ricarica degli autoveicoli elettrici sia la causa dell apertura del limitatore 2. Minimizzare la potenza contrattuale a scaglioni di +/- 0,5 kw 3. Gestire la domanda di energia 4. Creare sinergie con l eventuale presenza di eventuali FER Questi punti possono essere estesi alle utenze che hanno sottoscritto contratti con limitazione della potenza es. terziario, piccola industria, studi professionali e terziario 14
ESIGENZE DI MOBILITÀ DELLE PERSONE E DELLE MERCI La mobilità elettrica deve in primo luogo rispondere alle esigenze di mobilità delle persone e delle merci Occorre porsi dal punto di vista dell utente ed analizzare i diversi scenari d uso, dai quali conseguono diverse esigenze in termini di infrastrutture necessarie
ESIGENZE DI MOBILITÀ DELLE PERSONE E DELLE MERCI Principali fruitori di un adeguata infrastruttura di ricarica Residenti (con e senza parcheggio privato) Pendolari (studio, lavoro, accesso ztl,...) Flotte (Taxi, Utility, CS Free Floating, ) Utenti Business (rappresentanti di commercio, meeting lavoro, ) Delivery pacchi, food (GLS, DHL, BRT, Poste,...) Utenti occasionali (traffico occasionale, turismo, )
ESIGENZE DI MOBILITÀ DELLE PERSONE E DELLE MERCI Percorrenze medie giornaliere degli autoveicoli M1 e N1 in Europa 91% 95% 98% 99% 75% 60% <30 km <50km <100 <150 <200 <250 Il 98% dei percorsi giornalieri in europa è inferiore all autonomia delle auto elettriche entrate in commercio nel 2017 (batteria circa 27-30 kwh)
ESIGENZE DI MOBILITÀ DELLE PERSONE E DELLE MERCI DOVE SONO LE AUTO DURANTE LA SETTIMANA? CASA 2 CASA LAVORO SCUOLA/ Parrocchia Centro COMMERCIALE Altre attività VIAGGIO Durante il Viaggio ricarica da 50 kw a 350 kw Nei pressi della residenza o al lavoro rifornire fino a 500 km in una notte -> Potenza di ricarica 7,4 kw (13h = 96 kw) Centri commerciali ricarica 22-30 kw Source of Data: 2001 National Household Travel Survey; GM Data Analysis Tate/Savagian) - SAE paper 2009-01-1311
INFRASTRUTTURE PER LA MOBILITÀ ELETTRICA TECNOLOGIE disponibili per l infrastruttura di ricarica
RETE DI RICARICA A 350 KW 100 km di autostrada percorsi a 130 km/h ricaricati in 3 (tre) minuti
RETE DI RICARICA A 350 KW
Utilizzo di accumuli accoppiati agli Hypercharger (Tecnologia Italiana nel mondo) In futuro anche servizio alla rete? http://www.hdmotori.it/2018/05/07/nidecricarica-ultra-rapida-320-kw-500km-15-minuti/
ASPETTI ENERGETICI
L auto elettrica: un nuovo «cliente» del sistema elettrico Nuova generazione Fuel switch Crescita della domanda elettrica Potenziamento della rete elettrica di trasporto Potenziamento della rete di distribuzione 24 24
Nuova generazione per soddisfare la domanda di mobilità elettrica Scenario estremo (irrealistico): 33 Mni di auto elettriche al 2030 Domanda elettrica: 65 + TWh 65 TWh + + 20% rispetto alla alla domanda elettrica complessiva prevista per per il il 2030 Profilo di domanda di un giorno tipo Domanda auto elettrica Atri usi Necessario un incremento del parco di produzione pari a: 8,5 GW cicli combinati a gas naturale, 5 GW di FV 3 GW di eolico Incremento significativo ma non impossibile, se confrontato agli sviluppi del parco elettrico italiano degli ultimi 15 anni 25 25
La ricarica elettrica determina picchi di potenza Se lo scenario estremo considerato non comporta grossi problemi in termini di fabbisogno di energia, occorre porre attenzione anche al fabbisogno di potenza Il fabbisogno di potenza è funzione della distribuzione delle ricariche nelle 24 ore: allocando due terzi delle ricariche nelle ore notturne (stime RSE) e considerando una tipica distribuzione oraria degli spostamenti in auto, si possono individuare due profili medi di ricarica % Profilo 1: profilo smart, distribuisce la carica evitando i picchi Profilo 2: profilo libero, le ricariche si concentrano la sera
.che però possono essere smussati grazie alla ricarica controllata Nelle figure, in marrone è mostrata la quota di domanda dovuta alla ricarica delle auto elettriche nello scenario estremo considerato, ed in blu il resto della domanda, nelle 24 ore di un giorno tipo dell anno 2030 Si nota come un profilo di ricarica smart come il Profilo 1 determini un profilo complessivo del carico più piatto, e quindi più favorevole dal punto di vista del dispacciamento
Effetti della ricarica sulle reti di distribuzione Se non regolata, la domanda di ricarica inizierebbe nelle ore del tardo pomeriggio, al ritorno dal lavoro, raggiungendo il suo picco quando la richiesta di potenza per usi domestici è la più elevata, ossia nelle ore serali. Caso peggiore di 50 reti di MI e BS Senza Smart grid per percentuali di penetrazione di auto superiori al 45 per cento degli odierni punti di consegna si avranno cadute di tensione significative (rosso = caduta tensione maggiore 10% nei nodi terminali).
Il sistema elettrico con forte presenza di fonti rinnovabili necessita di nuova flessibilità Impianti convenzionali Nuova generazione Curva giornaliera dei prelievi «duck curve» Domanda flessibile collocare i prelievi in base alle esigenze del sistema elettrico Sistemi di accumulo immissione in rete nei picchi 29 29
Auto elettrica come risorsa di flessibilità per il sistema elettrico L auto elettrica può fornire servizi di flessibilità al sistema elettrico Auto connessa all infrastruttura di ricarica per lunghi periodi nel garage di casa punto di ricarica in azienda «Ricarica controllata» - V1G : Effettuare la carica tenendo conto delle necessità del sistema elettrico (senza compromettere l operatività dell auto) «vehicle to grid» - V2G Immettere in rete energia precedentemente immagazzinata nella batteria Auto elettrica vista dal sistema come una grande batteria mobile in grado, nei momenti di fermo, di interagire con la rete per stabilizzarla 5 Mni di auto 50 GW di potenza di reg. https://www.youtube.com/watch?v=avsinfyrgjc 30 30
Partecipazione dell auto elettrica al mercato dei servizi per il sistema elettrico I servizi sono forniti quando l auto è connessa alla rete per periodi di fermo prolungati (es. ore serali e notturne) Mercato della riserva/ bilanciamento: Ricarica controllata Disponibilità ad aumentare/ridurre il prelievo, in base alle esigenze del sistema, senza rinunciare a disporre la batteria carica quando l auto serve Vehicle to grid: non solo modulazione del prelievo, ma anche immissione Riferimenti normativi nazionali: o o Delibera 300/2017 : Apertura del Mercato dei Servizi di Dispacciamento a risorse non abilitate (anche in forma aggregata) Art. 1, comma 1, della legge di bilancio 2018: definire criteri e modalità volti a favorire la diffusione della tecnologia di integrazione tra i veicoli e la rete elettrica La partecipazione delle infrastrutture di ricarica ancora non è possibile in Italia ma potrebbe esserlo a breve 31 31
Partecipazione dell auto elettrica al mercato dei servizi per il sistema elettrico Servizio di riserva primaria (regolazione di frequenza) Risposta rapida ed automatica in immissione o in prelievo - a fronte della variazione della frequenza di rete Servizio di tipo vehicle to grid (regolazione di immissione e prelievo) Esperienza pilota avviata in Danimarca: o aggregato di auto che dalle ore 18 alle 8 fornisce il servizio di regolazione (ogni auto: 10 kw, 30 auto: 300 kw) Nell attuale mercato elettrico nazionale il servizio di regolazione primaria è riservato alle unita di produzione di grandi dimensioni. 32 32
Partecipazione dell auto elettrica al mercato dei servizi per il sistema elettrico I fattori abilitanti e le condizioni per la partecipazione dei veicoli elettrici al mercato dei servizi Non si può prescindere dalla figura dell aggregatore, per consentire l accesso al mercati ad un largo numero di risorse di piccola taglia Deve essere prevista un adeguata remunerazione per i veicoli elettrici che decidono di partecipare al mercato Una questione da valutare: il consumo di vita della batteria dell auto per il servizio Vehicle to Grid 33 33
GRAZIE PER L ATTENZIONE Giuseppe Mauri giuseppe.mauri@rse-web.it 34 34