Energy Storage
il supporto ideale per la stabilità della
rete intelligente
Energia affidabile, quando e dove serve
Energy Storage non è un concetto nuovo: è stato infatti
parte integrante della generazione e della trasmissione di
energia per oltre un secolo. Tradizionalmente, le necessità
di immagazzinamento dell’energia sono state soddisfatte
tramite l’accumulo fisico del combustibile fossile destinato
agli impianti, tenendo in riserva una certa parte della
capacità produttiva, e grazie a schemi di pompaggio
idroelettrico su larga scala.
Ora, però, lo scenario sta radicalmente mutando e ci stiamo
orientando verso un’energia priva di combustibili, puntando
soprattutto sull’eolico e sul solare fotovoltaico. Questo
spostamento verso le fonti rinnovabili è senza dubbio positivo
per l’ambiente e la sostenibilità, ma rende la sfida di una
fornitura affidabile dell’energia, quando e dove serve, più
impegnativa che in passato: se non ci sono più combustibili
da immagazzinare, allora è la rete stessa che va adattata per
conservare con efficienza l’energia elettrica una volta che è
stata generata.
2 Energia affidabile, quando e dove serve | Energy Storage
Gli impianti eolici e solari generano energia solo a
intermittenza e con sensibili sbalzi di produzione. In più, a
differenza degli impianti di generazione centralizzati, queste
fonti nuove possono essere localizzate ovunque, per esempio
in prossimità dei centri di carico che alimentano, disseminate
lungo la rete o in luoghi remoti off-shore, oppure nei deserti.
Cambiamenti così radicali nell’architettura e nelle possibilità
di controllo della rete richiedono reti di trasmissione e
distribuzione dell’energia sempre più intelligenti ed efficienti.
Presuppongono inoltre la possibilità di immagazzinare
l’energia in tempi e luoghi adatti, sia per bilanciare il fluire
e rifluire dell’energia dalla generazione al consumo, sia per
mantenere la stabilità della rete. Un incremento dell’utilizzo dei
metodi di accumulo tradizionali – con impianti a combustibile
fossile o attraverso riserve rotanti – ridurrebbe proprio quei
benefici ambientali attesi dalle fonti rinnovabili.
Ecco il motivo per cui l’energy storage (ES) sta rapidamente
diventando un elemento chiave delle smart grid.
01
02
La soluzione ideale di energy storage per ogni situazione
L’esperienza di ABB nelle soluzioni per l’energy storage risale
a oltre cento anni fa, quando furono inventati i primi schemi di
pompaggio idroelettrico. Nell’ultimo decennio ci siamo inoltre
specializzati nella realizzazione di sistemi di accumulo tramite
batterie. L’ampiezza e la profondità delle nostre conoscenze
ci permettono di offrire soluzioni di storage efficienti e affidabili
per una vasta gamma di applicazioni che coprono qualsiasi
esigenza energetica – che si parli di poche decine di kilowatt
o di centinaia di Megawatt.
Per l’accumulo di ingenti quantitativi di energia, ABB offre
un’avanzata tecnologia basata su convertitori, così come
sistemi di controllo e dispositivi elettrici di impianto (EBoP),
volti a massimizzare la flessibilità e l’efficienza dei sistemi
idroelettrici di pompaggio, il cui attuale significativo rilancio
è testimoniato dalla costruzione di nuove infrastrutture e
dall’upgrade di impianti esistenti in tutto il mondo.
Per l’accumulo di energia nelle reti di distribuzione, ABB è
in grado di offrire sistemi a batteria che si integrano senza
soluzione di continuità nella rete elettrica, progettati e
sviluppati indipendentemente dalla tecnologia delle batterie.
Utilizziamo un’ampia gamma di batterie con tecnologie
diverse, fornite da produttori di livello internazionale, oltre
a tecnologie che non prevedono l’utilizzo di batterie come
i volani e i supercondensatori. Tutto ciò garantisce ai nostri
clienti una perfetta combinazione di soluzioni per l’energy
storage e di tecnologie per l’energia, in grado di soddisfare le
richieste di ogni singola applicazione.
Questo approccio flessibile include:
– Consulenze e studi di rete
– Fornitura chiavi in mano di sistemi ES a batteria
– Moduli prefabbricati di ES
– Convertitori con funzionalità specifiche per l’ES
01 configurazione per un sistema di accumulo a 20 megawatt (MW),
20 megawattora (MWh) con connessione in alta tensione | 02 Il
convertitore con azionamento a velocità variabile PCS8000 per
accumulo di energia idroelettrica
Energy Storage | Energia affidabile, quando e dove serve 3
Energy storage per ogni applicazione
ABB dispone di sistemi di energy storage adatti a
qualsiasi tipo di rete, per singole installazioni, in
applicazioni multiple, oppure come una delle numerose
risorse gestite come parte integrante della rete stessa.
Il ruolo dell’energy storage è lo stesso per tutte le applicazioni:
assorbire l’energia generata in un determinato momento e
rilasciarla alla distribuzione in un secondo tempo. La scelta
del mezzo da utilizzare per lo storage è tuttavia fortemente
influenzata nelle diverse applicazioni dalla potenza in gioco
e dalle durate dei cicli di carico e scarico.
Le tipiche applicazioni di energy storage sono riassunte nelle
pagine seguenti.
Centrale
elettrica
Regolazione di frequenza
Il sistema di energy storage viene caricato e scaricato in
risposta rispettivamente a un aumento o decremento della
frequenza di rete. Questo approccio alla regolazione di
frequenza rappresenta un’opzione particolarmente attraente
grazie ai tempi di risposta molto rapidi e all’operatività a
emissioni zero.
Riserva rotante
Per fornire riserve di energia immediate, il sistema di ES viene
mantenuto a livelli di carica, per essere sempre pronto in caso
di interruzione della fornitura di energia elettrica. Secondo
l’applicazione, il sistema può rispondere nel giro di alcuni
millisecondi o di pochi minuti, e fornire energia sufficiente
a mantenere la continuità mentre il generatore di riserva è
avviato e connesso, consentendo ai generatori di operare con
un livello di produzione ottimale. Questa soluzione può anche
rendere superfluo dotarsi di generatori di riserve calde da far
funzionare al minimo.
Livellamento del carico/regolazione di frequenza
Riserva rotante
linea di trasmissione a 380 kilovolt (kV)
Carico
20 kV 380 kV
Grandi carichi
residenziali/
commerciali/industriali
Livellamento del carico
(Posticipo dell’upgrade di rete)
Stabilizzazione dei
flussi di Potenza
110 kV
33 kV 110 kV
Energie rinnovabili
Supporto di tensione/power quality
Applicazioni di accumulo energetico
4 Energy storage per ogni applicazione | Energy Storage
20 kV ring
Peak shaving
f [Hz]
Potenza in assorbimento
50.02
50.00
49.98
Potenza fornita
t [sec]
Energia immagazzinata
nel sistema ESS
Carico
Scarico
Regolazione di frequenza
Power quality
Nelle applicazioni power quality, un sistema di ES aiuta a
garantire l’alimentazione dei carichi sottesi a un feeder, a
fronte di eventi di breve durata che potrebbero alterare la
qualità dell’energia fornita.
Stabilizzazione dei flussi di potenza
La produzione di energia intermittente e variabile degli
impianti eolici e solari può essere mantenuta a livello stabile
per un determinato lasso di tempo. Il sistema di ES regola la
produzione controllando le rapide variazioni di potenza nel
tempo (MW/minuto) ed eliminando le oscillazioni di potenza e
di tensione sulla rete.
Livellamento del carico
Il livellamento del carico implica solitamente l’accumulo
dell’energia in periodi di basso carico per poterla rilasciare
nei momenti di picco, durante i quali il sistema di ES fornisce
energia riducendo il carico di altri impianti meno economici
per la generazione di picco.
Supporto di tensione
Un sistema di energy storage può mantenere la tensione in
rete immettendo o assorbendo energia sia attiva che reattiva.
Peak shaving
Il peak shaving è simile al livellamento di carico ma può
essere utilizzato semplicemente per ridurre la domanda nei
momenti di picco invece che ricercare la soluzione produttiva
più economica. Lo scopo è evitare l’installazione di capacità
per alimentare i picchi di un carico altamente variabile. Le
installazioni relative al peak shaving sono spesso appannaggio
degli utenti finali dell’energia più che delle utility.
I benefici:
– Riducendo i picchi di energia, i clienti commerciali e
industriali sono nelle condizioni di risparmiare sulle bollette
– Le utility riducono i costi operativi della generazione nei
momenti di picco (riducendo il bisogno di unità di punta)
– L’investimento in infrastrutture è posticipato grazie a carichi
più piatti con minori picchi
Vantaggi:
– Grazie a questa soluzione, è possibile posticipare gli
investimenti nell’upgrade delle reti o in nuova capacità di
generazione.
Energy Storage | Energy storage per ogni applicazione 5
Fornire sistemi energy storage per le reti
intelligenti in tutto il mondo
Ogni applicazione di energy storage è unica. ABB vanta
una conoscenza approfondita delle esigenze della rete e
delle tecnologie di accumulo dell’energia disponibili sul
mercato. Offriamo servizi di consulenza, progettazione e
supporto su scala globale per aiutare i clienti a ottenere i
massimi benefici e il più rapido ritorno degli investimenti.
La realizzazione di un sistema di ES che sia efficiente,
affidabile e duraturo, richiede una serie di tecnologie e
competenze – dai mezzi per l’accumulo alla conversione
statica dell’energia attraverso il sistema – e il controllo del
livello di rete, per poter contare su previsioni intelligenti
e accurate. ABB è in grado di fornire tutto ciò come
interlocutore unico del cliente.
ABB ha applicato tutte le tecnologie per l’ES in reti attive di
tutto il mondo. Gli esempi illustrati nelle prossime pagine sono
solo un piccolo campione delle applicazioni, dei vantaggi e
dei benefici che la nostra tecnologia e la nostra esperienza
possono portare.
01
02
Mezzi di
immagazzinamento
Conversione
statica
dell’energia
Rete in corrente
alternata (CA)
Sistema di potenza
Controllo
a livello
di sistema
Controllo
a livello
di rete
Controllo
Previsioni e
ottimizzazione
‘intelligenza’
Strumenti
per l’accumulo
dell’energia
Una soluzione immediata per la fornitura
di energia di riserva in Alaska
Scegliere lo strumento più adatto per un’applicazione
richiede una conoscenza approfondita del fabbisogno
funzionale del sistema di accumulo, così come delle
richieste che il sistema stesso fa alla rete. Non esiste
un’unica soluzione che possa andar bene per ogni caso.
ABB ha utilizzato la tecnologia ES a batterie per creare una
soluzione di riserva immediatamente disponibile che fornisce
a GVEA un back-up di energia quando necessario.
La nostra combinazione di conoscenza approfondita dei
vantaggi e degli svantaggi delle differenti tecnologie per
l’energy storage e del comportamento delle reti ci consente
di selezionare sempre la soluzione migliore per ogni
applicazione.
La Golden Valley Electric Association (GVEA) si occupa della
gestione e manutenzione di oltre 4.800 chilometri di linee di
trasmissione e distribuzione oltre che di 35 sottostazioni in
Alaska.
Nel 2003, abbiamo messo in servizio un impianto di
accumulo dell’energia utilizzando batterie al nickel-cadmio
che possono fornire 27MW per 15 minuti o 46 MW per 5
minuti, garantendo, in caso di blackout, il tempo sufficiente al
ripristino della generazione locale.
Gli inverni in Alaska sono spesso così rigidi da toccare i -52°C
e la nostra soluzione è stata progettata appositamente per
operare in modo affidabile a temperature estreme.
6 Fornire sistemi energy storage per le reti intelligenti in tutto il mondo | Energy Storage
01 ABB è in grado di fornire esperienza e sistemi per l’accumulo energetico come interlocutore unico del cliente | 02 Riserva rotante per la fornitura
di energia immediatamente disponibile in Alaska | 03 Il più vasto progetto di energy storage in Svizzera | 04 L’accumulo energetico tramite batterie
incrementa e rinforza il ruolo delle rinnovabili in Svezia
03
04
Il più vasto progetto di energy storage in Energy storage a batterie per incremenSvizzera
tare e rinforzare il ruolo delle rinnovabili
ABB ha di recente portato a termine il più vasto progetto di
energy storage nel suo genere in Svizzera, in collaborazione
con EKZ, utility leader nel settore della distribuzione oltre che
una delle più grandi compagnie per l’energia in Svizzera.
Per consentire la fornitura supplementare di energia alla rete,
ABB ha fornito e installato una soluzione di energy storage
che utilizza batterie agli ioni di litio (Li-ion) che possono
erogare 1 megawatt di potenza per una durata di quindici
minuti.
Il complesso è integrato alla rete di distribuzione EKZ ed è
utilizzato per valutare la performance in aree chiave quali il
bilanciamento dei picchi di carico, la fornitura a intermittenza
e l’applicabilità della soluzione stessa per ottimizzare la rete.
Falbygdens Energi è una utility svedese che già dispone
di una significativa quantità di energia eolica utilizzata per
alimentare la città di Falkoping.
ABB è stata scelta per fornire una soluzione dinamica e
innovativa di energy storage per la rete di distribuzione della
utility che massimizza l’integrazione delle rinnovabili nella
catena energetica.
Per questo progetto abbiamo utilizzato la nostra esperienza
nell’energy storage attraverso l’uso di batterie per accumulare
l’energia prodotta localmente dalle turbine eoliche, creando
così una potenza di 75 kW con cicli di carico e scarico fino
a sessanta minuti. L’energia immagazzinata verrà in seguito
utilizzata per stabilizzare la rete e consentire un bilanciamento
dei picchi di carico durante il giorno.
Questo è un progetto chiave per la valutazione del ruolo
dell’ES nell’integrazione delle rinnovabili e per l’evoluzione di
reti sempre più intelligenti. La soluzione sarà utilizzata anche
per valutare la praticabilità dell’utilizzo di energia accumulata
come energia aggiuntiva per la ricarica di veicoli elettrici.
Energy Storage | Strumenti per l’accumulo dell’energia 7
Conversione elettronica di potenza
La maggior parte delle tecnologie per l’accumulo
energetico – come le batterie, i condensatori e i
supercondensatori – sono basate sulla corrente continua.
Per connettere questi sistemi alle reti in corrente
alternata – prevalentemente utilizzata per la trasmissione
e la distribuzione – serve una conversione intermedia
attraverso l’elettronica di potenza.
Anche le tecnologie di ES che nascono in corrente alternata
– come il pompaggio idroelettrico e il volano – si affidano
all’elettronica di potenza per l’integrazione ottimale nella rete
in corrente alternata.
ABB può vantare un’esperienza unica nella fornitura di
sistemi di elettronica di potenza che combinano un’eccellente
performance con la risposta istantanea atta a creare la
stabilità necessaria all’integrazione degli strumenti di
accumulo nella rete in corrente alternata. Progettare e
realizzare un sistema che assicuri una stabile interconnessione
tra la rete e i dispositivi elettronici di potenza richiede una
vasta gamma di tecnologie e competenze – dagli interruttori
ai trasformatori alla simulazione delle armoniche in rete – tutte
all’interno dell’offerta ABB.
Installazione di ES dinamico nel Regno Unito
8 Conversione elettronica di potenza | Energy Storage
Installazione di energy storage dinamico
nel Regno Unito
ABB ha di recente collaborato con UK Power Networks,
fornitore di energia per oltre otto milioni di utenti privati e
commerciali nel Regno Unito, per lo sviluppo di una soluzione
dinamica di energy storage. L’installazione consente
l’alimentazione su richiesta di energia generata dall’impianto
eolico locale direttamente nella rete di distribuzione. Inoltre,
assicura l’accumulo di una parte dell’energia generata per
regolare il flusso energetico e compensare l’intermittenza
dell’energia eolica, oltre che assicurare una buona qualità
dell’energia in caso di guasti.
ABB ha messo a punto una soluzione DynaPeaQ chiavi in
mano incorporando l’SVC Light®, con otto gruppi da tredici
moduli di batterie Li-ion ciascuno collocati in una rete a 11
kV. Insieme, questi moduli ad alta densità energetica possono
immagazzinare fino a 200 kWh (kilowattora) di energia.
L’installazione fornisce un controllo dinamico della tensione
nel sistema di distribuzione e allo stesso tempo consente
l’accumulo dinamico di energia in eccesso proveniente
dall’impianto eolico. Questa energia è utilizzata per pareggiare
i picchi di carico della rete, assicurandone la stabilità.
Controllo del sistema
Una volta connessi elettricamente alla rete, i sistemi
di ES richiedono un controllo efficace. Attualmente,
l’elettronica di potenza a stato solido può rispondere
con immediatezza ai comandi, ma per sfruttare questa
capacità servono regolatori che reagiscano alla stessa
velocità. Realizzata la giusta infrastruttura, possono
essere definiti anche la logica e l’algoritmo che
determineranno il giusto comando.
ABB offre una gamma di hardware e software di controllo
perfettamente adatti a qualsiasi applicazione di ES, che
spaziano dal DCS (sistema di controllo distribuito) per
applicazioni come le micro reti, ai sistemi di controllo di
generazione dedicati agli impianti idroelettrici di pompaggio.
Sistema di controllo da remoto per
un impianto idroelettrico di pompaggio
in Cina
ABB ha fornito un pacchetto elettromeccanico per l’impianto
di pompaggio idroelettrico da 4 x 250 MW a Yixing in Cina
controllato da remoto. L’impianto è stato realizzato nel 2007
per rafforzare l’efficienza complessiva del settore elettrico
della provincia di Jiangsu.
La soluzione proposta da ABB comprende i sistemi di
protezione e controllo, l’insieme dei dispositivi elettrici
di impianto (EBoP) inclusi i quadri di media tensione,
l’interruttore di macchina, il sistema di sbarre, il sistema
di eccitazione, il convertitore di frequenza statica, i cavi di
potenza, l’interruttore isolato in gas a 500 kV e i sistemi
ausiliari in bassa tensione.
Il risultato è una soluzione completamente automatizzata con
controllo da remoto tramite due centri di dispacciamento,
con sistemi elettrici, di controllo e di protezione totalmente
integrati.
Impianto idroelettrico di pompaggio
Energy Storage | Controllo del sistemal 9
Controllo di rete e previsioni
I benefici dell’ES possono essere apprezzati appieno
a livello di rete soltanto se gestiti di concerto con tutti
gli altri sistemi di generazione, carico e accumulo
dell’energia. Un approccio molto sofisticato è necessario
per riunire i sistemi di accumulo distribuiti in impianti di
generazione virtuali che un sistema di gestione di rete
può governare insieme a tutti gli altri impianti connessi.
Fornire funzionalità di controllo e previsione a livello di
rete richiede sistemi di gestione di rete in grado di gestire
e ottimizzare gli asset in condizioni di energia e potenza
limitate. Le soluzioni Ventyx di ABB svolgono tutte queste
funzioni, fornendo un’ottimizzazione della rete basata su criteri
economici e tecnici che trasformano l’ES in una risorsa per
migliorare lo sfruttamento dell’intero sistema.
Inoltre, crescendo la proporzione dell’energia generata
da fonti intermittenti e variabili, l’abilità di prevedere
accuratamente la capacità di generazione – e dei carichi
– sta diventando essenziale. Una previsione accurata
consente infatti l’utilizzo ottimale dell’energy storage su
tutta la rete, assicurando al contempo che il giusto livello
di energia sia immagazzinato nel momento giusto.
Sistema dimostrativo della gestione
energetica in Germania
Previsioni accurate e l’elaborazione dei vincoli dell’ES, della
rete di distribuzione e del mercato consentono un utilizzo
ottimale dello storage stesso su tutta la rete e l’accumulo
della giusta quantità di energia nel momento giusto,
massimizzando al contempo il valore dell’ES.
A Trier, in Germania, ABB è partner dell’università e di
Stadtwerke Trier, fornitore delle infrastrutture e dei servizi alla
regione, nella realizzazione di un progetto pilota nella gestione
di energia. Il progetto mira a dimostrare la capacità del
sistema di integrare le energie rinnovabili, l’energy storage,
i sistemi di cogenerazione e i veicoli elettrici nella rete.
Mappa di Ventyx (un’azienda del Gruppo ABB)
ERP e gestione degli asset
Gestione dell’energy storage
– Gestione degli asset
– Approvvigionamento e
logistica
– Gestione del lavoro
– Monitoraggio delle
performance
– Ottimizzazione della
manutenzione
Gestione della forza lavoro distribuita
sul territorio
– Gestione operativa
commesse
– Sicurezza e conformità
– Previsioni e pianificazione
– Programmazione ed esecuzione
– Report su supporto mobile
– Salute del sistema
– Affidabilità della fornitura
Gestione rapporti con il
cliente
– Informazioni al cliente
– Gestione della
fatturazione
– Gestione del call center
Sistemi di gestione della rete
– Coordinazione e controllo della
generazione
– Controllo automatico del sistema di
generazione
– Comunicazioni in tempo reale del mercato
–
–
–
–
(dell’energia)
Supervisione aree
Valutazione e controllo della sicurezza
Controllo degli interruttori
Trasmissione coordinamento
–
–
–
–
–
Gestione dell’affidabilità
Monitoraggio di sistema
Controllo dei comandi agli interruttori
Controllo dell’affidabilità
Ottimizzazione Volt/VAR
SCADA (supervisory control and data acquisition)
Operazioni di trading elettrico
– Previsione e verifica dei
carichi
– Domanda e richiesta
– Trading e gestione del
rischio
– Programmazione
Analisi e pianificazioni dell’energia
– Operatività sulle Smart
Grid
– Ottimizzazione dei gruppi
di generazione e offerte
– Gestione assetti di
mercato
ABB
– Previsioni e analisi
– Informazioni sui prezzi di
mercato
– Analisi e pianificazione
portafoglio d’offerta
– Energetica Consulenza
– Raccolta informazioni sui
dati del mercato
FocalPoint business intelligence
– Modello di estrazione, trasformazione e
accumulo dati
– Accumulo dati
10 Controllo di rete e previsioni | Energy Storage
– BI e applicazione per la gestione delle
performance
– Reportistica personalizzata
– Reportistica generale
– Cruscotti e scorecards
Energy storage – soluzioni per oggi
e per domani
ABB sta facendo dell’energy storage
una realtà concreta
Capire tutti gli elementi chiave del panorama energetico e
come essi si integrano è vitale per definire una strategia
di accumulo energetico efficace per le smart grid.
ABB non offre solamente un’esperienza pluriennale nel settore
dell’energia, ma dispone anche delle capacità per fornire il
sistema ideale per tutte le applicazioni di energy storage. Con
questa potente combinazione stiamo trasformando l’ES da un
sogno lontano a una soluzione concreta pronta per l’uso.
Grazie a un’eredità di tecnologie e innovazione di oltre 125
anni e alla presenza in oltre 100 Paesi, ABB continua a
disegnare la rete del futuro, fornendo energia e produttività
per un mondo migliore.
Energy Storage | Energy storage – soluzioni per oggi e per domani 11
ABB S.p.A.
Via L. Lama 33
20099 Sesto San Giovanni
Milano, Italia
Phone: +39 02 2414 3136
Fax: +39 02 2414 2322
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Energy Storage. 04/2013
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