Sistemi di accumulo: il rilancio delle Rinnovabili Relatore: Rolando Roberto Rimini, 6 novembre 2014
Sommario o Presentazione ATER o Verso il modello decentralizzato o I numeri del FV nel mondo, EU e Italia o Sistemi di Accumulo: evoluzione nel mondo e in Italia o Storage per utenza domestica o Autoconsumo e ottimizzazione ESS
ATER associazione Associazione No Profit fondata nel 2011 Oltre 1.000 fra soci tecnici e sostenitori Oltre 3000 iscritti sul sito www.assotecnicirinnovabili.org
Il ruolo di ATER - Unica associazione che rappresenta i tecnici e professionisti in Italia - Sviluppo delle Fonti Energetiche Rinnovabili e difesa del settore - Apertura di canali diretti con le istituzioni - Informare e Formare tecnici e liberi cittadini
Collaborare con le istituzioni Apertura tavolo tecnico con il GSE aiutare ente nella semplificazione delle procedure che i tecnici devono affrontare giornalmente Portare la propria testimonianza direttamente dal basso rilevando eventuali problematiche nell utilizzo dei mezzi messi a disposizione (portali informatici, attività di debugging, etc.)
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Dal sistema piramidale alla generazione distribuita
Dal sistema piramidale alla generazione distribuita Convertire edifici in mini-impianti di generazione che producano in loco l energia necessaria per funzionare.
Reti Intelligenti e smart city Sviluppare soluzioni energetiche rinnovabili, specialmente attraverso sistemi energetici decentralizzati; Dismettere le fonti energetiche vecchie e inquinanti; Decentralizzare i sistemi energetici, producendo energia in prossimità del luogo di utilizzo finale così da evitare gli attuali sprechi in fase di distribuzione;
Reti Intelligenti e smart city Investire in reti intelligenti e super reti, essenziali per trasportare la produzione dell eolico e per accumulare l energia solare; Costruire micro reti diffuse, alimentate da energie rinnovabili, così da garantire elettricità ai quasi due miliardi di persone che ad oggi non ne hanno accesso.
Mini-Grid
Verso la fine del Medioevo... la Grid Parity? La grid parity, o punto di pareggio, è il momento più atteso dagli operatori del settore, è il momento in cui il fotovoltaico, o meglio il costo del kilowattora prodotto da fonte solare, eguaglia il costo del kilowattora prodotto dalle fonti convenzionali (gas, carbone, petrolio, ecc..). Da questo punto in poi produrre energia attraverso il fotovoltaico risulterebbe di per sè più conveniente rispetto all utilizzo delle tradizionali tecnologie inquinanti.
Decrescita dei prezzi attesa moduli Terminato periodo di oversupply, nuovo aumento capacità produttiva
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Potenza cumulata Mondo Nel 2013 sono stati superati i 138 GW di potenza installata nel mondo, Europa perderà presto la sua leadeship, forte crescita della Cina.
Installazioni Mondo Fonte: elaborazione energy Strategy Group
Potenza cumulata Europa Nel 2013 sono stati superati gli 81 GW di potenza installata in EU.
Potenza annua Europa Il mercato Europeo, ormai maturo, deve puntare ad ottimizzare le reti e a sviluppare le smart-grid pur mantenendo una costante crescita di potenza da rinnovabili.
Europa 2013 fossili continuano a perdere terreno
Installazioni Italia 2013 Fonte: elaborazione energy Strategy Group Finito il periodo di incentivazione si «cambia registro»! Molti più impianti residenziali di piccola taglia.
Opportunità Allo stato attuale, finiti gli incentivi in Conto Energia che ci hanno accompagnato in questi anni, il fotovoltaico è lo stesso conveniente, in maggior modo se portiamo in detrazione le spese e se decidiamo di vendere l eccedenza di produzione alla rete. Detrazione fiscale Scambio sul posto
Opportunità Detrazione fiscale DL 83/2012 art. 11 conv. Dalla L. 7 agosto 2012, n. 134 porta detrazione fiscale dal 36% al 50% con tetto massimo da 48.000 euro a 96.000 per unità immobiliare da suddividere in 10 anni. Estensione valida fino al 30 giugno 2013 DL 63/2013 proroga delle detrazioni IRPEF del 50% sulle ristrutturazioni edilizie fino a dicembre 2013 Oss: detrazione IRPEF valida per spese realizzazione di impianti FV se al servizio dell immobile residenziale, fino 20 kwp
Opportunità Scambio sul Posto Delibera 570/2012/R-EFR l utente vende sul mercato l eccedenza di produzione, il GSE prende in consegna l energia immessa e ne regola i contratti di trasmissione distribuzione e dispacciamento in immissione con le imprese distributrici e con TERNA. Il GSE, a seguito stipula contratto di SSP eroga ad utente il contributo in conto scambio (CS) finalizzato: - Alla restituzione dei corrispettivi relativi all utilizzo della rete, per una quantità di energia elettrica prelevata al più pari a quella immessa - Alla compensazione economica tra valore associato ad energia immessa in rete e valore associato ad anergia elettrica prelevata
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Storage? Cosa intendiamo Diverse tipologie per immagazzinare a t0 energia e per fruirne in un t1 successivo.
Campo applicazione sistemi Storage Abbiamo diverse categorie interessate all adozione di un sistema di storage. Necessità di rimuovere il vincolo dell intermittenza, passando ad un nuovo modello di applicazione dei sistemi che contempli anche l accumulo dell energia.
Sistemi di Accumulo Grid connected World Market - 340 MW grid connected energy storage in 2013 (progetti pilota) - Superamento dei 6 GW entro il 2017 con leadership mercato americano, 40 GW entro il 2022
Sistemi di Accumulo World Market - Importante incremento atteso per il 2014 per i progetti Utility-scale
Mercati promettenti ESS - USA (sistema incentivante California) - Germania (sistema incentivante) - Giappone (sistema incentivante), obiettivo è installare 100 MW sistemi accumulo entro 2014 - Italia - Inghilterra OSS: 65% delle installazioni entro il 2017 sarà effettuata utilizzando la tecnologia ioni di litio (Li-Ion), finché non saranno mature altre tecnologie che potranno garantire costi più competitivi
Self Consumption, opportunita?
Focus Germania - Mercato FV tedesco in contrazione, nel 2014 attesi 2 GW di installazioni rispetto a 3,3 del 2013 - Necessità di rinnovare il mercato, batterie Li-ion registrano un calo compreso fra i 200 e gli 800 euro/kwh in ultimi 3 anni, attesa ulteriore competitività - I cittadini sentono necessità di essere meno dipendenti dalle utilities PROGRAMMA 275 - Incentivi sistemi accumulo installati con FV 50 milioni/ in 2 anni (da Maggio 2013) - Erogato finanziamento fino a 100% investimento a tasso agevolato e rimborso massimo 30% costo storage - Taglia massima impianto che può beneficiare 30 kw limitando potenza immettibile in rete al 60% potenza nominale. - Inverter controllabili da remoto e attivabili per servizi di rete
Focus USA - California Self Generation Incentive Program - Incentivo a storage proporzionale a capacità installata pari a 1,8 USD/W - Accesso cumulabile a esenzione fiscale se sostenuto almeno 40% investimento - Si finanziano i primi 3 MW - 77,2 milioni/usd erogati fra 2011/2014, ogni anno incentivo decresce del 10% fino a 2016 - Studio del Frauhofer institute for Solar Energy Systems: accumulare energia permetterebbe di ridurre picchi energia del 40% e del 66% capacità richiesta dalla rete
Focus Italia Misure dirette atte a sviluppo settore accumulo - Attualmente nessuna misura adottata Misure indirette atte a sviluppo settore accumulo - Possibilità di accedere a detrazione fiscale per impianti FV
Normativa? AEEG batti un colpo Normativa per sistemi accumulo Variante CEI 0-21 V2 del 20 dicembre 2013 Variante CEI 0-16 V1 del 1 dicembre 2013 - revisione 3 (variante V3) della Norma CEI 0-21 - revisione 2 (variante V2) della Norma CEI 0-16 Documento consultazione AEEG del 19 dicembre 2013 Dco 613/2013/R/eel - Prime disposizioni relative ai sistemi di accumulo (consultazione conclusa fine gennaio 2014) - Il dco 528/2014/A "Schema di linee strategiche per il quadriennio 2015-2018 documento di consultazione sulle linee strategiche per il quadriennio 2015-2018, (consultazione terminerà 22/11/2014) - Disposizioni di ratifica varianti CEI si attendono da Marzo
Applicazione sistemi Storage Impianti FRNP (Fonti Rinnovabili Non Programmabili) Gestore della Rete di trasmissione Gestore della Rete di Distribuzione Micro-Grid Prosumer per le fasi di utenza
Campo applicazione sistemi Storage Definizioni Impianti FRNP: impianti FV ed eolici di tipo commerciale di dimensione >20 kwp e utility-scale (potenza nominale > 1 MW) Gestore della Rete di trasmissione: si fa riferimento al TSO (TERNA) Gestore della Rete di Distribuzione: soggetti che hanno in concessione il servizio di distribuzione dell Energia (Enel, Acea, A2A etc) Micro-Grid: utenze caratterizzate da un fabbisogno rilevante di energia elettrica in cui la rete d utente serve i rispettivi carichi tramite impianti alimentati da fonti rinnovabili non programmabili Prosumer: produttori e consumatori di energia dotati di impianti FRNP di taglia residenziale il cui fine principale è l auto-consumo dell energia prodotta.
Campo applicazione sistemi Storage
Campione 5.000 utenti Focus Italia Cosa Frena lo sviluppo dei sistemi di accumulo? - Prezzo troppo elevato (vorrei ma non posso) - Incertezza normativa (il regolatore non da certezza) - Tecnologia non è matura (prestazioni batterie) - Il profitto è troppo basso (vorrei maggiori profitti) Cosa porta l utente ad installare un sistema di accumulo (spesso di tipo passivo)? - Aumentare quota autoconsumo (non ci sono durante il giorno) - Maggiore indipendenza dalla rete (la mia energia me la consumo io) - Mettermi a riparo da sorprese su SSP (preferisco impianto indipendente) - Stabilizzare rete della propria utenza (nel caso sistemi UPS) - Diminuire potenza contrattuale impegnata
Evoluzioni delle Reti di Energia OGGI: Sistema a controllo centralizzato Unidirezionalità flusso di energia Limitata interazione con i carichi locali DOMANI: Controllo delocalizzato Multidirezionalità dei flussi di energia Possibile interazione con i carichi Allo stato attuale la generazione «intermittente» mette a dura prova la rete, necessità di un rapido cambiamento. I sistemi di accumulo possono giocare un ruolo importante nella gestione della Rete.
Selezione tipologia stoccaggio Funzionalità che posso essere fornite da sistemi di accumulo possono essere: 1- prestazioni di potenza, caratterizzate da scambio elevate potenze per tempi brevi e con tempi di risposta molto rapidi; 2- prestazioni di energia, scambio di potenza costante con autonomia di alcune ore. Bisogna selezionare e dimensionare la tipologia del sistema di accumulo in funzione del servizio a cui si intende destinarlo.
Sistemi di Accumulo Compiti che i diversi tipi di accumulo possono assolvere nel sistema elettrico sono molti: possono costituire riserva rotante primaria o secondaria fare load shift ossia appianare la curva di prelievo fare load following ossia regolare la frequenza sulla rete di distribuzione presso i consumatori fare demand side management e favorire l'autoconsumo.
Time-shift Servizi di Time shift svolti da sistemi di accumulo comportano lo spostamento di energia nel tempo, dal momento in cui l accumulo è in carica a periodo in cui esso scarica l energia precedentemente accumulata. Esempio: arbitraggio del prezzo energia elettrica nel caso di abbinamento di un impianto FRNP. Immagazzinata energia quando il prezzo è più bassso per poi rivenderla nelle ore in cui il prezzo è più elevato. Prosumer Accumulo da integrare con impianto di generazione FRNP per migliorare gestione energia prodotta e quella assorbita dal carico Vantaggio: aumentare la quota di autoconsumo in maniera significativa; ridurre la potenza impegnata contrattuale gestendo i carichi in modo ottimizzato in base alla potenza FV installata e alla disponibilità di accumulo.
Time-shift Nelle ore di alto carico, tramite sistemi di accumulo, posso livellare i consumi e i relativi picchi (peak shaving) immagazzinando energia nei periodi di basso fabbisogno quando gli impianti di generazione sono costretti ad operare in assette meno efficienti e rilasciandola nei periodi a fabbisogno più alto evitanto ricorso ad impianti di punta con costi elevati.
Altri benefici Possibilità di definire un profilo di consumo più prevedibile in modo tale da consentire al Gestore di Rete di ridurre la quantità di riserva da approvvigionare con conseguente riduzione dei costi. Possibilità di riduzione degli oneri di sbilanciamento rispettanto in maniera più puntuale programmi di produzione richiesti dal mercato.
Regolazione primaria e secondaria Sulla rete di trasmissione e distribuzione, i sistemi accumulo possono essere utilizzati per fornire capacità di regolazione primaria garantendo la stabilità della frequenza migliorando le prestazioni del sistema elettrico nel garantire il bilanciamento in tempo reale tra produzione e carico. Sistemi di accumulo possono essere impiegati anche per la fornitura del servizio di regolazione secondaria ristabilendo così il valore nominale della frequenza ai valori programmati degli scambi con i sistemi interconnessi.
Power Quality Possibile migliorare la compensazione dei disturbi sia all interno della rete di distribuzione sia all interno dell utenza. I sistemi di accumulo, se installati in una cabina secondaria o presso l impianto utente, potrebbero operare come UPS evitando interruzioni del servizio migliorandone quindi la qualità e la continuità.
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Sistemi Storage per utenza domestica
Prosumer Nel libro, The Third Wave del 1980, Alvin Toffler coniò il termine "prosumer" quando predisse che il ruolo di produttore e consumatore avrebbe cominciato a fondersi e confondersi.
Prosumer Utilizzo sistema di storage per massimizzare la quota parte di energia auto-prodotta dall impianto alimentato a fonte rinnovabile non programmabile Utilizzo di accumulo per azzerare gli oneri di sbilanciamento a carico dell impianto Fotovoltaico Migliorare la continuità del servizio di fornitura dell energia elettrica, mitigare i disturbi che si originano all interno della rete di trasmissione/distribuzione Fornitura di servizi di regolazione primaria da parte del sistema di accumulo associato all impianto FV (non permesso dalla normativa attuale) che permetterebbe una riduzione di costi di mancata produzione.
Opportunità per il settore residenziale - Analizzando le curve di carico sistemi di accumulo più indicati per settore residenziale rispetto ad attività commerciali e di tipo industriale
Componenti impianto FV con Accumulo Moduli fotovoltaici in silicio cristallino/amorfo Strutture in alluminio per il fissaggio dei moduli Regolatore di carica DC-DC (in base a configurazione) Inverter solare DC-AC (in base a configurazione) Batterie per accumulo dell energia da FV Quadristica elettrica ed accessori per installazione
Tipologie batterie Piombo acido: acido libero, AGM, GEL Batterie a blocchi con piastre positive corazzate tubolari: OpzS, OpzV Litio Batterie nichel-cadmio Batterie con elettrodi solidi Batterie ai Sali fusi
Cicli di vita attesi funzione profondità di scarica
Tecnologia VLA e VRLA VLA (Vented Lead Acid): accumulatori aperti VRLA (Valve Regulated Lead Acid): accumulatori ermetici VLA: accumualtori dotati di apertura che permette fuoriuscita gas prodotti durante (gassificazione). Necessaria frequente manutenzione e strutture sostegno ad hoc. VRLA: accumulatori ermetici, prevista all interno della cella la ricombinazione idrogeno e ossigeno con conseguente rigenerazione dell acqua. Necessitano di manutenzione minima.
Accumulatori VRLA - GEL Piombo acido GEL La batteria al gel è un accumulatore al piombo-acido nel quale l elettrolita non è liquido come nelle più comuni batterie ma assume la consistenza e l apparenza di un composto gelatinoso. L elettrolita gelatinoso, il contenitore sigillato usando delle speciali valvole a pressione e la reazione chimica interna a ricombinazione (VRLA) che minimizza la fuoruscita di gas tipica dell elettrolita liquido (soprattutto quando viene sottoposto a intensi cicli di carica-scarica) rendono tali accumulatori: realmente senza manutenzione (MF Maintenance Free ); immuni dal rischio di sversamento accidentale dell acido liquido; adatti ad installazioni in prossimità di persone e di apparati elettronici. Batterie particolarmente indicate ad applicazioni che prevedono cicli di scarica molto profondi.
Batterie OpzS Batterie a blocchi con piastre positive corazzate tubolari OpzS Batterie a piastre tubolari con liquido elettrolita con grande durata di vita Aspettativa fino a 1500 cicli all'80% dell'intensità di scarica. Manutenzione minima, in condizioni di esercizio standard e a 20 C, bisogna aggiungere acqua distillata solamente ogni 2/3 anni. Le batterie sono disponibili sia già riempite con elettrolita sia caricate a secco (per lunghi periodi di stoccaggio, trasposto in container o per via aerea). L'elettrolita può essere più forte in climi freddi o più debole nei climi caldi.
Batterie a blocchi tubolari OpzV Batterie OpzV Gel Elettrolita immobilizzato in una struttura gelationosa (gel), sono eccellenti per applicazioni di tipo ciclico. Le prestazioni rimangono elevate anche a temperature sufficientemente alte. Consigliate in caso di scariche profonde, non necessitano di manutenzione.
Batterie al Litio LITIO Presenti diverse varianti, materiali differenti sia per gli elettrodi che per l elettrolita. Principale caratteristica è elevata potenza specifica, uso trasversale applicazioni in potenza ed in energia VANTAGGI Nessuna manuntezione necessaria Nessun effetto memoria, possibile scarica profonda Numero di cicli molto elevato, durabilità SVANTAGGI Evitare problematiche di sovraccarico, necessità di sistema di bilancimaneto delle tensioni di cella e di un Battery Management System Costo ancora elevato, in discesa nei prossimi anni.
Tecnologie a confronto
Sistemi di Accumulo
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Comandamenti del Risparmio Modificare le proprie «cattive abitudini domestiche» OBIETTIVI: Ridurre gli sprechi Aumentare la percentuale di autoconsumo Bisogna iniziare a modificare per prima cose le proprie abitudini di tutti i giorni intervenendo in maniera semplice ma sistematica: Ricordarsi che avere un impianto FV non giustifica l installazione di inutili sistemi che possano vanificare i possibili risparmi; Sostituzione di eventuali boiler elettrici con sistemi a gas; Sostituzione di lavatrice e lavapiatti di Classe energetica A+ e che possano; lavorare con acqua calda da sistema solare termico o da caldaia a gas.
Cambiamo le cattive abitudini Meno importante la sostituzione di frigo o refrigeratori, impatto minore su bolletta che a volte non giustifica una sostituzione prematura; Installare prese che permettano la possibilità di eliminare consumo relativo a stand-by delle apparecchiature; Pensare a possibili interventi su involucro edilizio (coibentazione, eliminazione dei ponti termici, sostituzione infissi)... etc
Prodotti su mercato 1 - Impianti che possono interfacciarsi con la Rete 2- Impianto di tipo «passivo» lato utente che lavorano in configurazione di tipo isola
Prodotti su mercato Italiano 1 - Impianti che possono interfacciarsi con la Rete - Soluzione con batterie a Litio Sistemi compatti, spesso capacità accumulo ridotta per non eccedere nei costi, ottima durata, DOD anche 90% - Soluzioni con accumulo diverso da Litio Maggior flessibilità nelle configurazioni, costo più accessibile, durata inferiore batterie, DOD consigliato 50%
Prodotti su mercato Italiano 2- Impianto di tipo «passivo» lato utente che lavorano in configurazione di tipo isola - Soluzione compatte «all in one» prevalentemente con tecnologie Pb acido liquido, Gel. Costi accessibili, minore durata tempo batterie, DOD consigliato 50% - Soluzioni completamente su misura configurabili da utente
Al riparo da scherzi della normativa Impianto di tipo «passivo» lato utente che lavorano in configurazione di tipo isola Attualmente molti utenti stanno scegliendo di raggiungere una maggiore indipendenza dalla rete, per paura che possano esserci variazioni di normativa, preferiscono sistemi di tipo passivo che non abbiano possibilità di interagire con la rete.
Sistemi lato utenza A) Nuovo impianto senza SSP (o comunque senza incentivo) B) Nuovo impianto ad es. con SSP ( o possibile applicazione RETROFIT con sistema passivo)
TIPOLOGIA A Nuovo Impianto con Accumulo «Passivo»
ESEMPIO n.1 consumo e ricarica batteria di Giorno Impianto FV autoconsumo 100% Utenza 100% Carica con eccedenza
ESEMPIO n.2 consumo di Notte batteria + rete Rete 20% Utenza 100% Accumulo 80%
ESEMPIO n.3 consumo di Notte solo rete, accumulo scarico Rete 100% Utenza 100% Accumulo 0%
TIPOLOGIA B Accumulo tipo passivo su impianto preesistente
Esempio n.1 con immissione dell eccedenza di Giorno Immissione eccedenza autoconsumo 100% Utenza 100% Accumulo Carico
Accumulo RETROFIT su impianto esistente (passivo)
Sistema storage domestico Dimensionamento Per un corretto dimensionamento è indispensabile un accurata determinazione degli assorbimenti di tutte le utenze che verranno allacciate nonché: delle tensioni minime e massime compatibili con il funzionamento di ciascuna utenza, della durata massima di alimentazione delle utenze; della frequenza di impiego delle utenze e la loro combinazione; della lunghezza e sezione dei conduttori (specialmente nei casi in cui sono previsti spunti con elevate intensità di corrente); delle temperature minime e massime previste nel locale batterie.
Sistema storage domestico Le precisazioni appena fatte sono indispensabili per una esatta determinazione di: Tipo e capacità dell elemento più adatto Numero degli elementi componenti le batterie Intervalli dei quali si renderanno necessari eventuali ricariche a fondo o di equalizzazione.
Sistema storage domestico Un errore nel dimensionamento della capacità può essere causa di: Eccessiva spesa, quando il dimensionamento è maggiore di quello effettivamente necessario; Carente funzionamento dell impianto, prima del termine dell emergenza, se il dimensionamento è stato inferiore alle necessità.
Dimensionamento Dimensionamento impianto autoconsumo: 0 Perseguire maggiore autoconsumo, analisi utenza 1 - Calcolo dell energia giornaliera richiesta dall utenza (Wh/giorno) 2 - Calcolo della potenza necessaria del generatore FV (Wp) 3 - Studio della curva di autoconsumo utenza 4 - Individuazione dei mesi in cui copro in buona parte i consumi 5 - Calcolo dell accumulo (Ah) 6 - Scelta del regolatore di carica / inverter
Come ottenere risparmio? Dimensionamento impianto autoconsumo: 0 Perseguire maggiore autoconsumo, analisi utenza - Cambiare boiler elettrici con sistemi gas o altra fonte più economica - Cambiare elettrodomestici...seguire i «Comandamenti»
Mobilità sostenibile e Storage - Progetto INEES (Connessione alla rete intelligente dei veicoli elettrici per l introduzione dei servizi di sistema) VolksWagen- SMA Solar Tecnology AG - Realizzazione Gigafactrory per la produzione di massa delle batterie per veicoli elettrici e sistemi accumulo TESLA - Riutilizzo delle batterie dopo uso nel campo mobilità ed integrazione per progetti storage domestico TOYOTA
Grazie per l attenzione! rolando.roberto@enerworks.it