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Brevi spunti a cura di Marco Pigni

PILA sas - Via Borgo Vico 126 - 22100 Como

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* 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

6 PILA sas - Via Borgo Vico 126 - 22100 Como

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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


[email protected]

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)


[email protected] Fonte: ALTHESYS - 2014

(e senza agevolazioni)


[email protected] Fonte: ALTHESYS - 2014

*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.


[email protected] 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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* 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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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

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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.


[email protected] 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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