LO STORAGE DI ELETTRICITÀ E L INTEGRAZIONE DELLE RINNOVABILI NEL SISTEMA ELETTRICO. I BATTERY INVERTERS Fiera Milano 8 maggio 2014 La normativa tecnica per l accumulo elettrico Maurizio Delfanti Comitato Elettrotecnico Italiano Accumuli elettrochimici: situazione normativa 2 I Sistemi di Accumulo (SdA) elettrochimici sono applicazioni con un forte contenuto di innovazione: la normativa tecnica è in fase di stesura/consolidamento; a livello internazionale, è stato recentemente costituito il TC 120: «Electrical Energy Storage (EES) Systems»; a livello nazionale, presso il CEI è attivo il CT 120: «Sistemi di accumulo di energia». I lavori normativi sono focalizzati prevalentemente su: aspetti di natura tecnologica e costruttiva; aspetti di natura sistemica.
Accumuli elettrochimici Definizioni (norme internazionali) 3 Capacità Nominale: è la quantità di carica elettrica nominale [Ah] che può essere erogata dal SdA a partire dalla carica completa arrivando fino a zero. L Energia Nominale [Wh] è analoga alla Capacità Nominale [Ah]. Stato di carica (State of Charge, SoC): indica la quantità di energia immagazzinata nel SdA in un dato istante, in percentuale rispetto alla capacità nominale. SoC = 100% indica lo stato di carica nominale; SoC = 0% indica che il SdA è vuoto Profondità di scarica (Depth of Discharge, DoD): indica la percentuale di energia del SdA che si usa nei cicli di carica/scarica normali. Generalmente, si ha DoD = 80%. Vita utile: è il numero di cicli di carica/scarica, ad uno specifico DoD, che il SdA compie prima di un eccessivo degrado delle prestazioni (maggiore è il DoD, minore è la vita utile). Rendimento di carica/scarica: rapporto tra l energia erogata e l energia assorbita dal SdA durante un ciclo di carica/scarica completo. Ciclo di carica/scarica equivalente: misura dell energia erogata dal SdA in funzione della sua Energia Nominale (ad es. un SdA da 1 kwh in 2 cicli equivalenti eroga 2 kwh). Accumuli elettrochimici: quali funzioni? 4 1. Time shift di energia: aumento dell autoconsumo (carico contemporaneo alla produzione) arbitraggio sul mercato (grandi impianti) riduzione dei picchi (potenza impegnata) e livellamento dei profili di scambio 2. Programmabilità del profilo di prelievo/immissione 3. Servizi di rete: regolazione di frequenza inerzia sintetica regolazione di tensione (evitare scatto SPI per sovratensione) risoluzioni delle congestioni partecipazione ai piani di difesa (ad es. rialimentazione) 4. Power quality: continuità del servizio, qualità della tensione
Sistemi di Accumulo presso gli utenti MT e BT La situazione normativa attuale in Italia 5 Settembre 2013: comunicato GSE Nelle more della definizione e della completa attuazione del quadro normativo e delle regole applicative del GSE per l utilizzo di SdA, ai fini della corretta erogazione degli incentivi, non è consentita alcuna variazione di configurazione impiantistica Dicembre 2013 CEI: Modalità di connessione dello storage (schemi, misuratori) Pubblicate le varianti alle norme CEI 0 16 e CEI 0 21. AEEG: Documento per la consultazione (DCO) 613/2013/R/eel «Prime disposizioni relative ai Sistemi di Accumulo Orientamenti» Sistemi di Accumulo nelle norme di connessione: CEI 0 16 e CEI 0 21 6 Definizione: Insieme di dispositivi, apparecchiature e logiche di gestione e controllo, funzionale ad assorbire e rilasciare energia elettrica, previsto per funzionare in maniera continuativa in parallelo con la rete. Può essere integrato o meno con un generatore. Per «parallelo con la rete» si intende nel funzionamento da generatore (non da carico). Il fatto di rimanere connesso alla rete mentre eroga è essenziale perché si tratti di un SdA. Precisazione necessaria al fine di distinguere i SdA dagli UPS (che durante il funzionamento da carico operano in parallelo alla rete).
Modalità di connessione: SdA nella parte di impianto in CC 7 Configurazione ottimale in termini di costi/efficienza di conversione. Il SdA è infatti integrato sul lato CC dell unità di GD: utilizzo dello stesso inverter e trasformatore MT/BT per GD e SdA. L efficienza di conversione è elevata, in quanto l energia erogata dalla GD per essere immagazzinata nel SdA non deve transitare sul lato in CA dell impianto. Modalità di connessione: SdA nella parte di impianto in CA a valle di M2 8 In alternativa, il SdA può essere connesso anche su in lato in CA dell impianto. Le perdite sono maggiori rispetto al caso precedente per via della doppia conversione CA/CC. SdA comprende il sistema di gestione e l eventuale inverter Questo schema può essere utilizzato, ad esempio, per connettere SdA ad un impianto esistente.
Modalità di connessione: SdA nella parte di impianto in CA a monte di M2 9 Configurazione tipica quando vi è la necessità di utilizzare l accumulo per alimentare carichi privilegiati. Anche in questo caso non si consegue un efficienza ottimale, a causa della doppia conversione: DC AC + AC DC È necessario un ulteriore misuratore: Misuratore M3 Le perdite nel SdA sono incentivate. Modalità di connessione: SdA presso utenti passivi 10 Configurazione meno probabile. Vantaggi in tariffa: Peak shaving? quota potenza Time shifiting? quota energia Schema utile quando si vuole impiegare il SdA per alimentare carichi privilegiati. Gli utenti passivi che installano un SdA Diventano Utenti Attivi!
Sistemi di Accumulo presso l Utente MT/BT A cosa servono i contatori? 11 Contatore M1 (bidirezionale) Misura l energia scambiata con la rete ai fini del riconoscimento del premio di autoconsumo Contatore M2 (bidirezionale) È necessario per la contabilizzazione dell energia prodotta Deve essere bidirezionale per evitare frodi (ad es. accumulo energia prelevata dalla rete e la reimmetto incentivata) Evoluzioni normative in corso in Italia: Un lavoro congiunto tra CT 120 e CT 316 12 Nelle attuali edizioni delle norme di connessione, i capitoli relativi ai servizi di rete erogabili dai SdA sono «allo studio». Per rendere più efficienti i lavori, è stato costituito un GdL congiunto tra: CT 316 «Connessione alle reti elettriche di alta, media e bassa tensione» CT 120 «Sistemi di accumulo di energia» CT 316 CT 120 GdL Congiunto E. De Berardinis R. Nicolini
Sistemi di Accumulo in impianti FER: Come cambiano le capability? 13 Qualora integrati con la generazione, i SdA possono modificare (estendere) le caratteristiche di capability delle unità di GD. Un generatore dotato di SdA può anche prelevare energia dalla rete. Estensione per battery inverters di Potenza 400kW con ESS La GD di taglia minore (<400 kw) potrà fornire capability più limitate. La simmetria in P della curva di capability dipende dalla taglia del SdA: quanta potenza può assorbire? Estensione per battery inverters di Potenza <400kW Sistemi di Accumulo in impianti FER: Regolazione in sovra/sotto frequenza 14 In presenza di transitori di sovrafrequenza sulla rete, le unità di GD dotate di SdA possono, oltre che diminuire la potenza attiva immessa in rete (come richiesto in CEI 0 16), anche assorbire energia. Il contributo del SdA alla regolazione in sovra/sotto frequenza dipende dal suo stato di carica nello specifico istante in cui il fenomeno accade!
Sistemi di Accumulo in impianti FER: Aumento della P per transitori di sottofrequenza 15 Possibile contributo dei SdA alla regolazione in sovra/sotto frequenza: P [W] P Smax [W] Quando la frequenza eccede, ad es., i limiti inferiori consentiti (49,7 Hz), aumenta la P erogata (statismo fisso o variabile?). 49,1 49,7 50,3 51,5 f[hz] P Cmax [W] Quando termina il transitorio di sovrafrequenza, il sistema torna nelle condizioni normali, mantenendo la medesima potenza (di scarica) fino a 50 Hz. Se la sovra (o sotto) frequenza perdura e il SdA raggiunge il completo stato di carica (o scarica) è ammesso ridurre progressivamente la potenza scambiata. Nel nuovo dispacciamento (DCO 354/13 ): impiego di SdA per i servizi di rete 16 L Autorità ha avviato una riforma generale delle regole di dispacciamento: ora serve anche l apporto delle FER (quindi della GD) per garantire il buon funzionamento del complessivo sistema elettrico Secondo il DCO 354/13 anche la GD (piccoli produttori, spesso da FV) potrà/dovrà contribuire ai servizi di rete: sono tutti quei servizi indispensabili perché la rete elettrica continui a funzionare in modo coordinato anche in presenza di molti impianti da FER. Regolazione di frequenza; Regolazione di tensione Riserva ecc In passato, erano erogati dalle sole centrali di grande potenza sulla rete TERNA Ora (e soprattutto in futuro) saranno richiesti anche ai piccoli impianti (GD) Alcuni servizi potrebbero essere erogati su base obbligatoria (non pagati), altri su base volontaria e remunerati (mercato dei servizi di dispacciamento).
Cosa potrebbe accadere in futuro con i servizi di rete? Un esempio: regolazione primaria di frequenza 17 Tra i servizi di rete, prossimamente, potrebbe essere previsto l obbligo anche per i piccoli impianti (GD), di prestare riserva per la regolazione primaria di frequenza: l accumulo potrebbe divenire una scelta vantaggiosa. Ipotesi: banda di regolazione ±1,5% della potenza efficiente dell impianto Verde=producibile Rossa=prodotta Blu=limite reg. a scendere Maggiori dettagli in M. Delfanti, D. Falabretti, M. Merlo, G. Monfredini, «Dimensionamento di un sistema di accumulo utile alla fornitura di servizi ancillari», Energia Elettrica, n. 2, 2014. Maurizio Delfanti maurizio.delfanti@polimi.it Politecnico di Milano CEI CT 316