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CUS
Accumuli elettrici
Michele Benini Enrica Micolano
RSE SpA
Il ruolo dei sistemi di accumulo nel sistema elettro-energetico
(volani, CAES-Compressed Air Ener- gy Storage, pompaggio idraulico), elettrochimica (batterie), elettrostatica (supercondensatori), elettromagneti- ca (SMES), ecc.
Sono utilizzate spesso anche altre classificazioni, basate su criteri attitu- dinali, che risultano utili per individua- re la tecnologia adatta all’applicazio- ne che si vuole realizzare. Possiamo ad esempio distinguere i sistemi con prestazioni in energia, caratterizzati da una potenza nominale tale da ga- rantire un’autonomia di alcune ore, quindi aventi un basso valore del rap- porto potenza/energia2 e sistemi con prestazioni in potenza, caratterizzati da un elevato rapporto potenza/ener- gia e autonomie limitate alle decine di minuti. Questi ultimi sistemi in pratica accumulano piccole quantità di ener- gia, in rapporto ad altre tipologie di SdA, ma sono in grado di rilasciarla in pochissimo tempo erogando/assor- bendo picchi di potenza con tempi di risposta molto rapidi (frazioni di se- condo). Tipici sistemi con prestazioni in potenza sono i supercondensatori, gli SMES, i volani meccanici ad alta velocità. Si possono inoltre distingue- re i sistemi di accumulo centralizzati, di taglia molto grande, dell’ordine del- le centinaia di MW installati in AT e a supporto del sistema di trasmissione, e i sistemi di tipo distribuito, di taglia ridotta, dal kW fino a qualche MW e installati in prossimità dell’utenza. SdA centralizzati sono principalmente gli impianti di pompaggio o i CAES. Questi sistemi hanno prestazioni in energia e autonomie che possono andare da alcune ore fino anche a settimane. Gli impianti di pompaggio rappresentano il 99% della potenza di accumulo installata limitatamente alle applicazioni a supporto del sistema elettrico e per questa tipologia di ap- plicazioni sono in assoluto la tecnolo- gia più matura sia tecnicamente che commercialmente.
Una delle tecnologie che oggi attira maggiore interesse per le applicazioni in accoppiamento alle FER è rappre- sentata dagli accumulatori elettrochi- mici. Questi sistemi sono ampiamen- te utilizzati in molte applicazioni non connesse alla rete, come l’elettronica portatile, l’avviamento dei motori a combustione interna, l’alimentazione
Il recente impetuoso sviluppo delle fonti rinnovabili non programmabili (fotovoltaico, eolico, idroelettrico ad acqua fluente) nel sistema elettro- energetico ha costituito un cambia- mento epocale non solo dal punto di vista della sostenibilità ambienta- le, ma anche per quanto riguarda le modalità di gestione in sicurezza del sistema stesso.
Le FER non programmabili, infatti, producendo in funzione della disponi- bilità della fonte e non delle esigenze del sistema, introducono un significa- tivo fattore di aleatorietà che rende più complesso bilanciare in ogni istante generazione e carico. Il bilanciamen- to, così come la fornitura degli altri servizi ancillari, è attualmente a carico delle unità di generazione program- mabili convenzionali, le quali, con particolare riguardo al termoelettrico, vedono da un lato progressivamen- te erodersi la loro quota di mercato e, dall’altro, si trovano a fronteggiare una domanda residua1 caratterizzata da ampie e rapide variazioni. Ciò de- termina per tali impianti una crescente richiesta di flessibilità operativa (ad es. in termini di ridotti tempi di accensio- ne e permanenza in servizio, bassi minimi tecnici, elevate velocità di ram- pa, ecc.) ed un esercizio che provoca rilevanti stress ed elevati consumi di vita ai macchinari.
Le problematiche sopra citate deri- vano fondamentalmente dal requisito primario per l’esercizio in sicurezza di un sistema elettrico, e cioè che in ogni istante la quantità di energia immessa in rete deve essere uguale alla quan- tità di energia prelevata, pena varia-
zioni nella frequenza che, nel caso ci si allontani troppo dai 50 Hz previsti, potrebbero condurre al black-out. Un altro aspetto di rilievo è il fatto che, in generale, produzione e consumo avvengono in luoghi distinti, per cui la rete può costituire un fattore limitante. La soluzione più efficace al problema consiste nel disaccoppiare tempo- ralmente produzione e consumo di energia, ossia disporre di sistemi di accumulo (SdA) in grado di immagaz- zinare energia qualora l’offerta superi la domanda e di rilasciarla nel caso opposto, favorendo inoltre lo sviluppo di sistemi di autoproduzione.
I SdA saranno peraltro uno strumen- to importante in grado di contribuire al raggiungimento dei nuovi obietti- vi della policy clima-energia definiti dall’Unione Europea per l’anno 2030: infatti, essi non sono solo in grado di contribuire alla flessibilità di gestione del sistema elettrico, consentendo una crescente penetrazione delle fonti rinnovabili non programmabili, ma svolgeranno un ruolo da pro- tagonisti nella decarbonizzazione e nell’incremento di efficienza del set- tore trasporti, costituendo l’enabling technology per lo sviluppo della mo- bilità elettrica.
Molteplici tecnologie sono già di- sponibili o in fase di sviluppo per la realizzazione di SdA di energia elet- trica. Questi sistemi immagazzinano l’energia elettrica convertendola in un’altra forma di energia e una pri- ma e semplice loro classificazione è basata proprio su questa modalità di conversione. Si hanno quindi sistemi di accumulo di energia meccanica
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