L’accumulo nei Servizi di potenza e di energia

Vantaggi in security

L’accumulo elettrochimico applicato al sistema elettrico è in grado di fornire diversi vantaggi dal punto di vista della Security.

Nel caso del peak shaving, ovvero il livellamento del picco di domanda di energia elettrica che si verifica

nelle ore diurne, l’accumulo, consente un’erogazione di potenza per un periodo di tempo limitato in grado di ovviare ai picchi di domanda e consentire quindi alla convenzionale generazione di potenza di non dover intervenire. L’accumulo riesce quindi a mitigare il picco di domanda consentendo al sistema un regolare funzionamento. Viceversa, il valley filling, ovvero il fenomeno opposto che riguarda il load levelling che verrà trattato nei servizi energetici, Figura 13. Se si verificasse un’interruzione di rete di durata limitata il sistema di accumulo interverrebbe come UPS-Uninterruptible Power System, ciò garantisce una sicurezza intrinseca

del sistema che diventa un importante valore aggiunto di security per i carichi non interrompibili. Nei casi degli impianti in isola, come quelli successivamente considerati negli scenari di questo elaborato, capitolo 7,

ovvero non collegati al sistema rete nazionale, è fondamentale il mantenimento dell’equilibrio tra generazione e carico, la capacità della rete in isola deve essere quella di raggiungere brevemente l’equilibrio tra domanda e offerta evitando perdite ingenti di carico. Il rischio maggiore per questa tipologia di impianti è quello di incorrere in parti di rete con inadeguata capacità di generazione oppure con capacità di distacco del carico non adeguate sia in entità che in modulabilità. (15)

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Figura 13: Curva d’esempio di Load levelling (Prudentenergy, 2012)

Queste condizioni potrebbero comportare un rapidissimo tracollo della frequenza di rete con il susseguente cedimento della rete. L’accumulo in parallelo agli impianti di generazione consente in questi casi la funzione di regolazione primaria e il load shedding, consente quindi di mantenere l’equilibrio in fase di difesa tra produzione e carico.

Altrettanto funzionale risulta il supporto che l’accumulatore consentirebbe ai servizi di rampa, ovvero nel

sopperire a rapidi incrementi e decrementi del carico che non possono essere soddisfatti dai generatori termoelettrici in rapidità.

Così pure predisponendo l’accumulo all’allacciamento degli ausiliari nelle centrali per la produzione è possibile ottenere il black start dei gruppi elettrogeni o degli ausiliari del generatore per consentirne la messa

in funzione in fase di avviamento.

Con riguardo ai servizi di energia l’accumulo può risultare funzionale per il caso di Load Levelling, ovvero il

livellamento dei profili di carico in relazione a periodi lunghi (giorno, settimana, mese), come ad esempio per l’accumulatore considerato negli scenari successivi in cui si ipotizza la fase di carica nelle ore diurne e la fase di scarica nelle ore serali. (Load levelling giornaliero). (16)

L’aumento della Power quality

Nella valutazione dei vantaggi consentiti tramite l’utilizzo di accumulatori allacciati in supporto alla rete, numerosi sono quelli in ambito di power quality:

Nei sistemi isolati l’inserimento di accumulatori in parallelo con la rete si traduce in un vantaggioso strumento in grado di coadiuvare i bassi valori di energia regolante e i conseguenti sbalzi di frequenza dovuti alla differenziazione del carico nell’arco della giornata. La medesima condizione che si verifica nella rete progettata in isola non è di emergenza, come potrebbe essere sulla rete nazionale, ma di tipo strutturale, questione per cui la compensazione allo sbalzo di frequenza data dall’accumulatore si traduce in qualità del vettore. Consente il mantenimento della frequenza in una banda variazione più limitata.

Un altro aspetto è quello relativo alla regolazione della tensione, la power quality viene incrementata tramite l’accumulatore che consente la conservazione del valore del modulo della tensione V grazie ad un rapido conferimento di energia e potenza. I fenomeni che possono introdurre variazioni nel modulo della tensione possono essere: correnti di inserzione di trasformatori e condensatori, variazione dei carichi, correnti di spunto

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dei motori, guasti alle linee d’utenza e interne, carichi non lineari. L’accumulo in questi casi subentra come supporto per il miglioramento dell’onda di tensione.

Per le interruzioni di breve durata e i guasti l’accumulatore viene chiamato ad intervenire sui buchi di tensione, grazie all’utilizzo come UPS o all’inserimento in parallelo come feeder per carichi sensibili. In questo caso si sta agendo in power quality, oltre che sulla security, introdotta nel precedente paragrafo.

L’introduzione di convertitori elettronici lato utenza è notevolmente incrementata nel corso degli ultimi anni, provocando un’alterazione del THD-tasso di distorsione armonica della rete. Il gestore ha applicato diverse metodologie per il contenimento, principalmente applicate tramite sistemi di filtraggio attivo, che necessitano accumulatori, per quanto di piccola taglia, per intervenire. Questa pratica applicativa sembra mostrare un elevatissimo potenziale soprattutto nella visione delle Smart grids.

Un ulteriore contributo degli accumulatori sulla power quality potrebbe essere quello che si otterrebbe nel caso della compensazione per il fenomeno del flicker, ovvero quando si verifica un calo nella tensione della rete che si ripropone ad intervalli regolari. Il fenomeno è visibile nel mutamento della luminosità delle sorgenti luminose che si può verificare a frequenze visibili dall’occhio umano 9-10 Hz.

Nei servizi di energia gli accumulatori consentono il non verificarsi di lunghe interruzioni e aumentano quindi la qualità della rete. Non viene richiesta né prontezza in risposta né prestazioni di potenza ma vengono posti vincoli energetici progettuali. (17)

I vantaggi sul Mercato e sull’accesso

I vantaggi descritti precedentemente in ambito di security della rete che in power quality vengono valutati in modo cruciale nei mercati per i servizi ancillari. L’interessamento all’istallazione di accumulatori non coinvolge solamente operatori della trasmissione energetica (ISO-Indipendent System Operator) e il distributore, ma si rivolge anche ai fornitori di servizi per la rete.

Il sistema di accumulo consente infatti l’immagazzinamento di energia, quindi funge da riserva per i casi di necessità, l’energia emessa in questo modo viene associata a mercati specifici tramite un’apposita remunerazione. Possono essere considerati nei servizi di potenza come ‘riserve rotanti ’ovvero sono in grado di fornire una risposta positiva ad un abbassamento della frequenza di rete in un arco temporale inferiore ai dieci minuti.

Nei servizi di energia dal punto di vista economico viene valutata la flessibilità che l’accumulo consente alla rete o al sistema a cui viene collegato e il vantaggio che si determina tra domanda e offerta durante i picchi di richiesta, ai quali il gestore può sopperire senza il costoso intervento degli impianti di generazione di grossa taglia, ma semplicemente attraverso la scarica dell’energia precedentemente accumulata.

Per quanto riguarda l’accesso, si è precedentemente evidenziato come l’accumulatore possa intervenire per lo smorzamento dei pichi di domanda e proprio grazie a quest’intervento è possibile non saturare la capacità della linea, in questo modo si consente l’accesso ad altre utenze senza avere il raddoppio della capacità. Lo stesso principio è applicabile all’utente attivo, attraverso tecniche di ‘Home Energy Management’, che può trarre vantaggio dall’accumulo grazie alla remunerazione del conto energia, qualora previsto e dal fatto di essere meno variabile nelle ore di punta.

L’accesso nei servizi di energia viene avvantaggiato grazie all’accumulo poiché quest’ultimo consentirebbe l’accettazione dei nuovi carichi sulla rete senza bisogno di costosissime opere di modifica della rete esistente come gli interventi di rafforzamento. (17)