Post on 15-Feb-2019
* Tecnologie di Accumulo
* Meccanico
* Pompaggio idroelettrico
* Accumulo ad Aria Compressa
* Volani (Flywheels)
* Elettromagnetico
* Superconduttori (SMES)
* Supercapacitori
* Elettrochimico
* Batterie di accumulatori
* Celle a combustibile
* Termico
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*Accumuli elettrochimici Definizioni
• 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.
• 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).
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* Tecnologie di Accumulo Ioni di Litio
Una batteria Li-ion è composta da un catodo (ossido litiato, ad es. LiCoO2),
da un separatore e da un anodo (grafite), immersi in un elettrolita
(sali di litio disciolti in solventi organici) che permette il trasporto degli ioni Litio.
Durante il processo di carica/scarica, gli ioni di Litio migrano da un elettrodo
all'altro reversibilmente.
Vantaggi:
• struttura compatta
(non sono richiesti sistemi ausiliari)
• limitati problemi legati alla sicurezza
• elevata efficienza (80-95%)
• vita attesa soddisfacente (5000 cicli)
• tecnologia abbastanza matura
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* Tecnologie di Accumulo Sodio-Nichel
Il catodo nelle batterie Sodio – Nichel è costituito da cloruro di nichel (NiCl2)
immerso in catolita liquido (NaAlCl4); l’anodo è costituito da Sodio (Na), liquido
alla temperatura di esercizio.
Principali fattori a favore dell’applicabilità
delle batterie Sodio - Nichel:
• alti rendimenti (85-90%)
• disponibilità in taglie molto flessibili
da 4 kWh a decine di MWh
• elevata sicurezza e affidabilità
• alta riciclabilità
2NaCl + Ni NiCl2 + 2Na
Fase di scarica fase di carica
Tra gli elettrodi è interposto un separatore ceramico (-allumina), che consente
agli ioni di sodio di migrare reversibilmente. (Temp. operativa tra 250 e 330°C).
Una batteria al piombo ha un elettrodo negativo e uno positivo, con separatore
costituiti da un’anima di piombo metallico (griglia) rivestita da ossidi di piombo.
Principali caratteristiche:
• basso costo d’investimento;
• alta riciclabilità ma, in ambiente chiuso, richiede un impianto di aspirazione;
• ridotta vita utile (mediamente un migliaio di cicli a DoD 80%).
𝜂 = 70 ÷ 85%
Fonte: RSE
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* Tecnologie di Accumulo Piombo-Acido
L’elettrolita è una soluzione acquosa di acido solforico con alta conducibilità ionica
Le tecnologie più diffuse sono: ad acido libero, AGM e GEL.
Nelle batterie a flusso gli elettroliti
(stoccati esternamente in serbatoi)
fluiscono attraverso una cella
elettrochimica che converte l’energia
chimica in elettricità
Principali caratteristiche:
• basso investimento iniziale;
• alti costi di gestione/manutenzione.
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* Tecnologie di Accumulo (grandi potenze) Batterie a flusso Batterie Sodio-Zolfo (NaS)
Nelle batterie NaS i due elettrodi sono
in uno stato fuso (270-340°C)
isolati tra loro da un separatore
ceramico che permette il passaggio di
ioni e funziona da elettrolita
Le batterie NaS sono efficienti (85-90%)
e hanno una elevata sovraccaricabilità.
Batterie a flusso più comuni:
Vanadio-Redox
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*Accumuli elettrochimici Applicazioni in energia e in potenza
• Applicazioni in energia (Energy Intensive): per scambiare potenza
per alcune ore Energy management
• Applicazioni in potenza (Power Intensive): per scambiare elevate
potenze per secondi o minuti Continuità, qualità e frequenza
Storage in energia
• Un utilizzo frequente implica l'uso quotidiano dello storage (o anche meno)
Storage in potenza
• Durata della fase di scarica da frazioni di secondo fino a 15 min,
• Un utilizzo frequente implica migliaia di cicli di carica/scarica ogni anno
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*Accumuli elettrochimici Energia e Potenza: panoramica
In genere le tecnologie possono essere utilizzate per applicazioni sia in energia,
sia in potenza
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Tecnologia Applicazioni
in Potenza
Applicazioni
in Energia
Volani OK NO
Condensatori
elettrochimici OK NO
Piombo-Acido
tradizionali OK OK
Piombo-Acido
avanzate OK OK
Sodio-Zolfo OK OK
Sodio-Nichel OK OK
Ioni di Litio OK OK
Vanadio-Redox NO OK
Zinco-Bromo NO OK
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*Accumuli elettrochimici Efficienza e cicli di vita
L'efficienza e la vita utile del SdA incidono entrambe sul costo complessivo
dello storage di energia
* Una bassa efficienza riduce la quantità di energia che può essere
effettivamente utilizzata a partire da quella immagazzinata
* Una ridotta vita utile aumenta il costo dell'investimento, poiché il SdA deve essere sostituito più di frequente
* Le batterie sono ancora tra i sistemi di accumulo con la minore vita utile
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Pompaggio idroelettrico
Supercondensatori
Volani
* Funzioni che possono essere svolte dai
Sistemi di Accumulo
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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
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*Rete di trasmissione:
progetti pilota Energy Intensive di TERNA
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35 MW di SdA «Energy Intensive» approvati nel Piano di Sviluppo 2011 - 2015
di Terna (installazione prevista nel 2014; tecnologia NaS).
Finalità
• Risoluzione delle congestioni sulla rete AT
(riduzione della mancata Produzione Eolica)
• Incremento della capacità regolante del sistema
(regolazione di frequenza)
• Regolazione di tensione
Caratteristiche Tecniche
• Rapporto Energia/Potenza nominale ≥ 7 MWh/MW
• Efficienza ciclo di carica/scarica ≥ 75%
• Tempi di risposta molto rapidi
I SdA saranno installati nel Sud Italia su due direttrici 150 kV:
6 progetti pilota ciascuno con SdA con potenza 56 MW e capacità 3240 MWh.
Fonte: Terna
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*Rete di trasmissione:
progetti pilota Power Intensive di TERNA
40 MW di SdA “Power Intensive” (tecnologia: NaNiCl2, Litio, ecc.)
approvati nel Piano di Difesa 2012-2016.
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Criticità in Sicilia e Sardegna
• Inadeguatezza dei sistemi di controllo dei transitori di frequenza
• Inadeguatezza della riserva di regolazione di frequenza
• Ridotta inerzia del sistema causata dalla diffusione dei generatori statici
• Riduzione del carico soggetto a interrompibilità istantanea
• Difficoltà nella gestione della rete nelle “condizioni di minimo carico” dovuta
all’aumento della generazione da FRNP
Caratteristiche Tecniche
• Tempi di risposta ultra-rapidi
• Elevati rapporti potenza/energia
• Efficienza ciclo di carica/scarica ≥ 80%
1° fase: 8 MW in Sardegna (già assegnati) e 8 MW in Sicilia (da assegnare).
2° fase: ulteriori 12 MW in Sicilia e 12 MW in Sardegna (tutti ancora da assegnare).
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Enel Distribuzione ha avviato un
piano di sviluppo che prevede
l’installazione di SdA lungo le
linee di distribuzione MT e nelle
stazioni di trasformazione AT/MT.
Il progetto pilota “Isernia”,
avviato nel 2012, include un SdA
da 1 MW / 0,5 MWh (Ioni di Litio)
connesso in servizio permanente
alla rete MT.
Ulteriori 4 SdA (Ioni di
Litio) in stazioni AT/MT.
Campi
Salentina
(Lecce)
2 MW/1 MWh
Chiaravalle
(Catanzaro)
2 MW/2 MWh
2012 Forlì (Forlì-
Cesena)
1 MW/1 MWh
Dirillo
(Ragusa)
2 MW/1 MWh
2013
Carpinone
(Isernia)
1 MW/0,5 MWh Prevista l’installazione di
SdA per circa 100 MWh
(tecnologie da definirsi).
dopo il
2014…
Anche altri DSO hanno avviato progetti sperimentali (taglia fino ad alcune centinaia di kW)
basati su varie tecnologie. Ad es. ACEA Distribuzione: 360 kW / 108 kWh di accumulo
distribuito sulla rete MT.
A) ENEL Distribuzione
B) Altre sperimentazioni
* Progetti pilota sulle reti di distribuzione:
ENEL Distribuzione, altri DSO
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Sistemi di Accumulo presso gli utenti MT e BT La situazione normativo-regolatoria attuale
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CEI: Modalità di connessione dello storage a batteria alla rete di MT/BT:
Varianti alle norme CEI 0-16 e CEI 0-21.
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 …
AEEGSI: Documento per la consultazione (DCO) 613/2013/R/eel
«Prime disposizioni relative ai Sistemi di Accumulo – Orientamenti»
Dicembre 2013
Si è ancora in attesa della delibera AEEGSI (dovrebbe essere emanata
entro luglio 2014, si dice…) -> Interrogazione di Realacci e Braga del
12/06/2014
* Sistemi di Accumulo
Analisi di convenienza (per il prosumer e per il Sistema)
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pilasascomo@onepec.it Fonte: ALTHESYS - 2014
(e senza agevolazioni)
*Vantaggi dell’Accumulo per l’utente finale Impianto residenziale FV + SdA
1. Aumento dell’autoconsumo
2. Riduzione della potenza contrattuale impegnata
con conseguente abbassamento
dei costi fissi e variabili di energia
3. Ideale per un concetto di casa “full electric”
(no gas metano), minima energia acquistata
4. Maggiore indipendenza dalla fornitura di energia dalla rete
includendo anche la funzione di UPS
4. Permette la ricarica di mezzi elettrici/ibridi (auto, scooter, bici)
a costi inferiori
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* SdA presso l’Utente residenziale Business case - Impianto residenziale FV + SdA
Impianto FV di nuova installazione da 4 kW (no incentivi);
SdA connesso sul lato CC con energia nominale pari a 6 kWh;
Utente domestico con un consumo annuo di 5000 kWh,
con connessione alla rete che passa:
da D3 (4,5 kW) senza il SdA a D2 (3 kW) grazie al SdA
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Dati di impianto
Inflazione + aumento energia 3,5%
Tasso di attualizzazione 4,5%
Consumo totale annuo 5 000 kWh
Produzione da PV annua 5 000 kWh
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Fonte: slides Parmeggiani – Del fanti – TUTTONORMEL 2014
* SdA presso l’Utente residenziale Impianto residenziale FV + SdA
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1. si evitano i picchi di prelievo, permettendo
il passaggio dalla Tariffa D3 alla D2 minore
componente in potenza della bolletta, minore
costo specifico dell’energia (da 0,26 a 0,15 €/kWh)
2. aumenta l’autoconsumo sincrono minore
energia assorbita dalla rete (aumenta la quota
parte di produzione FV valorizzata al prezzo
di acquisto dell’energia elettrica dalla rete:
ad es. 0,26 €/kWh contro 0,06 €/kWh)
Il contatore di produzione non è necessario se l’impianto FV ha potenza < 20 kW e non è incentivato.
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pilasascomo@onepec.it Fonte: slides Parmeggiani – Del fanti – TUTTONORMEL 2014
SdA presso l’Utente residenziale Impianto residenziale FV + SdA
Dettaglio delle ipotesi di partenza
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Non è considerato lo Scambio sul Posto, già sensibilmente ridotto per gli impianti
con potenza maggiore di 20 kW e in probabile futura riduzione (o azzeramento)
anche per gli impianti di potenza inferiore (vedere Del. AEEG 614/13/R/efr).
SENZA
ACCUMULO
CON
ACCUMULO
Autoconsumo 25% 75%
Vendita 75% 25%
Energia acquistata 3750 kWh 1250 kWh
Costo di acquisto energia 0,26 €/kWh 0,15 €/kWh
Prezzo di vendita energia 0,06 €/kWh 0,06 €/kWh
Costi fissi e quota potenza 125,15 €/anno 43,70 €/anno
Costo investimento FV 6 000 € 6 000 €
Costo investimento SdA - 15 000 €
Si passa dalla tariffa D3
(fino a 4 000 kWh/anno)
alla tariffa D2
fino a 1800 kWh/anno)
SdA da 6 kWh. Importo
comprensivo di costi di
manutenzione/sostituzione
delle batterie per arrivare
a una vita utile di 20 anni
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Fonte: slides Parmeggiani – Del fanti – TUTTONORMEL 2014
* SdA presso l’Utente residenziale Alcuni conti preliminari
In uno scenario di vita attesa di 20 anni ed in regime di detrazione fiscale del 50% in 10 anni,
sono state confrontate le seguenti alternative:
1. alternativa “non investire” ovvero
proseguire con il tradizionale acquisto di energia da rete
2. installare un impianto PV da 4 kW
3. installare un impianto PV da 4 kW + un SdA da 6 kWh utili
Nelle ipotesi indicate (tasso annuo di inflazione e aumento dell’energia pari al 3,5%):
2. installare un sistema PV da 4 kW comporta un risparmio netto per l’utente di circa
6,2 k€ netti (VAN) in 20 anni (investimento iniziale di 6 k€ , ricavi cumulati di 12,2 k€ ).
3. installare un sistema PV (4 kW) accoppiato ad un SdA (6 kWh utili) comporta un
risparmio netto di 6,2 k€ + 3,7 k€ = 9,9 k€ (VAN) in 20 anni (investimento iniziale 21 k€,
ricavi cumulati di 30,9 k€)
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Nota: Con altri diversi tassi annui di inflazione e aumento dell’energia, si avrebbe invece:
Tasso = 2% - PV: 5,4 k€ - PV + SdA: 7,3 k€
Tasso = 5% - PV: 7,2 k€ - PV + SdA: 13,2 k€,
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Fonte: slides Parmeggiani – Del fanti – TUTTONORMEL 2014
Vantaggi dell’Accumulo per l’Installatore/Sistemista:
Impianto residenziale FV + SdA
1. Nuovo modello di business: non più vendita/installazione “una tantum”
ma rapporto periodico con il parco clienti con maggiori opportunità
commerciali.
2. Allargamento portafoglio soluzioni/prodotti,
con specializzazione in impianti ad alto valore aggiunto per il cliente.
3. Possibilità di offrire sistemi complementari (domotica, HVAC, ecc.)
per soluzioni tendenti alla «casa passiva» o in futuro «attiva»
utilizzando solo l’energia elettrica e/o termica autoprodotte.
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Vantaggi analoghi potrebbero essere conseguiti con SdA presso utenze
commerciali e/o uffici
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* Verso un nuovo dispacciamento (DCO 354/13):
impiego di SdA per i servizi di rete
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, oltre che
eolico) 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 di capacità;
- Ecc…
Alcuni servizi potrebbero essere erogati su base obbligatoria (non pagati),
altri su base volontaria e remunerati (mercato dei servizi di dispacciamento).
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In passato e fino ad oggi sono erogati dalle sole
centrali di grande potenza sulla rete TERNA
Presto (e soprattutto in futuro) saranno richiesti
anche ai medi e piccoli impianti (GD) anche da
FRNP
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Se la GD dovesse fornire regolazione primaria di frequenza, l’Utente Attivo dovrebbe
riservare una banda di potenza utile a salire (e a scendere) per questa regolazione.
Ipotesi: banda di regolazione ±1,5% della potenza efficiente dell’impianto
Verde=producibile Rossa=prodotta Blu=limite reg. a scendere
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Po
ten
za [
p.u
]
0
0,2
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0,8
1
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Po
ten
za [
p.u
]
* Cosa potrebbe accadere in futuro con i servizi di
rete? Un esempio: regolazione primaria di frequenza
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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.
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pilasascomo@onepec.it Fonte: slides Parmeggiani – Del fanti – TUTTONORMEL 2014
* Fornire regolazione primaria di frequenza.
Limitare la produzione o usare SdA?
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1. Il SdA potrebbe essere impiegato per svolgere regolazione di frequenza
«a salire», ovvero per aumentare la potenza prodotta dall’impianto FV
quando richiesto
Si evita di mantenere una banda di potenza a salire (mancata produzione:
ad es. 30 €/anno per un impianto da 4 kW e banda regolazione ±1,5%)
2. La regolazione a scendere può continuare ad essere svolta riducendo la
potenza prodotta dall’impianto FV (poche richieste annue, impatto sulla
produzione FV trascurabile)
Dimensionamento del SdA più economico
(ad es. ammortamento annuo: 10 €)
3. Tempi di ritorno dell’investimento interessanti (ad es. 3 anni).
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* Prospettive
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In prospettiva, i Sistemi di Accumulo consentiranno:
1. vantaggi economici per l’utente grazie all’aumento della quota di
autoconsumo e alla riduzione della potenza contrattuale impegnata
(abbassamento dei costi fissi e variabili di energia);
2. nuovi modelli di business per l’installatore/sistemista (rapporto periodico
con il cliente) e un ampliamento del portafoglio prodotti/servizi da offrire
all’utente, nell’ottica di una casa sempre più «attiva».
I prossimi sviluppi in materia di regole di connessione e dispacciamento:
nuovi obblighi posti in capo ai piccoli produttori potrebbero rendere
profittabile per l’utente dotarsi nell’immediato di SdA.
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