L`accumulo di energia elettrica da fonte rinnovabile non

L’accumulo di energia elettrica da
fonte rinnovabile non
programmabile
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accumulo dell’energia
elettrica e termica: scenari
attuali e prospettive future
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TOZZI HOLDING
La storia di Tre S.p.A. è fortemente legata a quella del Gruppo Tozzi, impresa
italiana con un’esperienza di oltre cinquant’anni nei settori dell’impiantistica
elettro-strumentale e dei quadri elettrici di strumentazione.
Oggi il Gruppo Tozzi presenta un’offerta di servizi e prodotti ampiamente
diversificata ed in seguito alla riorganizzazione avvenuta nel 2006, il Gruppo
è attualmente controllato da Tozzi Holding, guidata dalla famiglia Tozzi.
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TOZZI RENEWABLE ENERGY
TRE si configura come produttore di energia elettrica
che negli anni ha maturato una significativa esperienza
nella realizzazione di impianti da FER (oltre 600 MW di
potenza complessiva installata).
Fotovoltaico
Eolico
Idroelettrico
Biomassa
Accumulo di
energia
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TOZZI RENEWABLE ENERGY
Le principali attività sono le seguenti:




Costruzione di impianti da FER.
Produzione di energia.
Vendita di energia.
Ricerca e sviluppo.
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RICERCA E SVILUPPO
Dal 2006 Tre vanta una divisione impegnata nell’attività di ricerca e
sviluppo in cui investe circa il 5% del suo fatturato annuo. 20 ricercatori
e importanti collaborazioni con prestigiosi Centri di ricerca italiani e
internazionali. Gli obiettivi della divisione R&D sono lo sviluppo di
tecnologie per la generazione distribuita di energia da fonte rinnovabile.
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RICERCA E SVILUPPO
ATTIVITÀ
Smart Mobility
Photoelectrochemical
Solar Cells
Energy Storage
Technologies
Hydrogen
Technologies
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REALIZZAZIONE DI UNA MICROGRID CON
FONTI DI ENERGIA RINNOVABILE E UN
SISTEMA DI ACCUMULO.
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DESCRIZIONE DEL PROGETTO
Tozzi Master Power Control
TMPC
Installazione di un impianto pilota di accumulo di energia
(TS), utilizzato per lo stoccaggio e la diffusione di energia
elettrica
proveniente
da
fonti
rinnovabili
non
programmabili all’interno di un caseificio ovino.
IMPIANTO
FOTOVOLTAICO
TGA
IMPIANTO EOLICO
TGA
B
U
S
RETE
A
C
TS
Tozzi Storage
UTENZE
TGA
Schema a blocchi del sistema
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OBIETTIVI DEL PROGETTO
 Eseguire uno studio di fattibilità, progettazione, sviluppo di un
prototipo di TS equipaggiato con batterie al sodio/cloruro di nickel e
relativa sperimentazione in campo.
 Eseguire l’installazione del TS presso il caseificio già dotato di un
impianto di produzione di energia da fonti rinnovabili, e interfacciare
il sistema di accumulo con le utenze elettriche del caseificio stesso.
 Assicurare il funzionamento del TS quando è connesso alla rete.
 Ottimizzare la produzione di energia elettrica proveniente dalla
turbina eolica e dall’impianto fotovoltaico.
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SITO D’INSTALLAZIONE
DELL’IMPIANTO PILOTA
Il sito scelto per la costruzione
dell’impianto pilota è stato il Caseificio
“Il Buon Pastore” di proprietà TRE
Tozzi Renewable Energy SpA.
Sito impianto pilota, via Forello, Sant’Alberto (RA)
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PLANIMETRIA DEL SITO
D’INSTALLAZIONE DEL TS
TGA 3
TGA 1
TMPC
TGA 2
TS – Tozzi Storage
TGA – Tozzi Grid Analyzer
TMPC – Tozzi Master Power Control
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ARCHITETTURA HARDWARE
Tozzi Grid
Analyzer
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ARCHITETTURA SOFTWARE
BMS
INVERTER
FPGA
field-programmable
gate array
Battery Management
System
TMPC
REAL
TIME
Tozzi Master
Power
Control
PCS
CONTROLLER
Tozzi Grid
Analyzer
TGA 1
TGA 2
TGA 3
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TS – TOZZI STORAGE
Architettura:
 BESS
 PCS
 Controller
 Inverter
 Quadro comando
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DISTRIBUZIONE INTERNA TS
(FOTO COMPONENTI DEL SISTEMA)
PCS
BESS
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COMPONENTI DEL SISTEMA
PCS
Inverter
BESS
Quadro
comandi
Controller
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TOZZI STORAGE
• BESS
8 moduli (S4P2) NaNiCl2 – 50 kW / 150 kWh, 620 V
Caratteristiche di un Modulo Batteria
Numero totale di celle
240
Capacità nominale di corrente
38 Ah
Capacità nominale di energia
Potenza nominale
Tensione operativa (min/nom/max)
Tensione di carica (min/max)
23.5 kWh (efficienza 100%, DOD 100%)
6.25 kW
460/620/648 VDC
Massima corrente di scarica
Tempo di carica/scarica standard
Efficienza energetica
Temperatura operativa dell’ambiente
420 VDC/700 VDC (via Bus DC)
30 A
8 h per la carica, 3 h per la scarica
 93%
da -20°C a 60°C
Temperatura di funzionamento
Autoscarica
Potenza assorbita dagli ausiliari
Dimensioni e peso (comprensivi di BMS)
da 250°C a 350°C
< 140 W per ora
 100 W
624x404.5x1007.7 (LxHxP); 231 kg
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TOZZI STORAGE
• BESS: componenti
 BMS – sistema intelligente di gestione delle batterie;
 Gateway: interfaccia verso PCS Controller il quale
comunica con il PCS Controller inviando
informazioni sulle batterie.
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TOZZI STORAGE
• BESS: batteria ai sali fusi sodio nichel.
Vantaggi
 Alta densità di energia;
Svantaggi
 Costi ancora elevati;
 Efficienza columbica 100%;
 Necessario livellamento delle tensioni
di cella (necessarie ~ 5 h continuative
a settimana);
 Bassa autoscarica (< 0.3%);
 Sicurezza elettro-meccanica intrinseca:
 Ripristino fratture alta T°, reazione:  Tempo elevato per portare il sistema
in temperatura quando freddo (~ 8h).
NaAlCl4 + 3Na → 4NaCl + Al;
 Limitazione
reazione:
sovra
-carica/-scarica,  Limite di capacità allo 80% SOC (risp.
2NaAlCl4 + Ni ↔ 2Na + 2AlCl3 + NiCl2;
litio-ione) per non ridurre il numero
max di cicli.
 Basso consumo ausiliari (risp. NaS);
 Raffreddamento lento in condizioni flat
(qualche °C/h).
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TOZZI STORAGE
• PCS QUADRO COMANDO: architettura
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TOZZI STORAGE
• PCS INVERTER
Derivazione fotovoltaico - 110 kVA, 405-750 V
Customizzazione:
• Controllo in tensione BUS DC
• Controllo in corrente BUS DC
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TOZZI STORAGE
• PCS Controller: Interfaccia di configurazione e
gestione inverter
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TOZZI STORAGE
• PCS CONTROLLER:
analogici e digitali
gestione
input/output
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TOZZI STORAGE
• PCS CONTROLLER: interfaccia di configurazione
e gestione BESS
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TOZZI MASTER POWER CONTROL
 Sistema computerizzato che esegue il software e gli algoritmi di
controllo.
 Attraverso l’HW di comunicazione è connesso al PCS Controller.
 Unità di Controllo dell’Impianto
 Inizializzazione Sistema
 Gestione flussi di potenza del Sistema
 Gestione Comunicazione
 Gestione Warning e Allarmi
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TOZZI MASTER POWER CONTROL
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TOZZI GRID ANALYZER
• Acquisizione ad alta frequenza su Utenze, PV, WT
delle misure di:







Tensione fase-fase e fase-neutro
Corrente
Potenza attiva, reattiva e apparente
Frequenza
Fattore di potenza
Armoniche di tensione e corrente
Distorsione totale armoniche
• Trasmissione dati via RS485 o Fibra Ottica.
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TEST DI VALIDAZIONE IN CAMPO
 Ottimizzazione dell’utilizzo di energia prodotta da fonti rinnovabili:
Verifica degli algoritmi di controllo del flusso di energia nel sistema, al fine di
minimizzare il consumo di energia dalla rete e al contempo dimostrare il corretto
bilanciamento tra profili di consumo e disponibilità di energia accumulata da RES.
Profili di produzione di energia da turbina eolica e impianto
FV, e profilo di consumo di energia del caseificio.
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TEST DI VALIDAZIONE IN CAMPO
In line red
PGrid = PLoad – PWT - PPV
In line blue
PGrid = PLoad – PWT - PPV - PTS
Snapshot del TMPC che mostra lo stato operativo dell’impianto su un periodo di 15 min
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TEST DI VALIDAZIONE IN CAMPO
Snapshot del TMPC con dettaglio sul rumore nella rete su un periodo di 1 min
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GRAZIE PER L’ATTENZIONE
Eng. Jose Manuel Subiñas Seco de Herrera,
Project Engineer R&D Dept.
TRE S.p.A. Tozzi Renewable Energy
Headquarters: Via Zuccherificio 10 - 48123
Mezzano (RA) - Italy
Office Phone: +39 0544 525180
Mobile Phone +39 3298279534
Website: www.tozziholding.com
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SISTEMA DI ACCUMULO ELETTROCHIMICO DI
ENERGIA OFF-GRID
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SISTEMA DI ACCUMULO
DI ENERGIA OFF-GRID
 Generalmente è composto da un insieme di batterie con il loro
sistema di controllo della potenza, accoppiate a una turbina eolica
e/o a pannelli fotovoltaici.
Inoltre, è possibile integrare un
generatore diesel come sistema di back up.
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SISTEMA DI ACCUMULO
DI ENERGIA OFF-GRID
VANTAGGI
Diminuzione o
eliminazione del
consumo di
combustibile
Indipendenza
energetica e
diminuzione del
costo dell’energia
Alte efficienza e
affidabilità
Diminuzione del
dell’inquinamento
acustico e
atmosferico
Bassa
manutenzione
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SISTEMA DI ACCUMULO
DI ENERGIA OFF-GRID
CAMPO DI APPLICAZIONE
• Elettrificazione rurale
• Fabbriche Off-grid
• Telecomunicazioni
• Aziende di trattamento dell’acqua
• Miniere
• Turismo: Alberghi, Resorts…
• Aziende agricole
• Oil & Gas
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SISTEMA DI ACCUMULO
DI ENERGIA OFF-GRID
REFERENCES
1. Satrokala (Madagascar)
PV, Wind and Diesel Hybrid
Power System
2. Satrokala (Madagascar)
Wind and Diesel Hybrid Power
System
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SISTEMA DI ACCUMULO
DI ENERGIA OFF-GRID
1. Satrokala Plant
Configurazione
Requisiti
Fornire elettricità ad un’area rurale dove non è
presente la rete pubblica.
Sito
Area Rurale.
Applicazione
Off-Grid.
Carichi
Illuminazione, pompe d’acqua e sistemi di
trattamento d’acqua.
Consumo di energia
30 MWh/anno .
Pannelli fotovoltaici
Potenza Nominale - 3 kW.
Turbina Eolica
Potenza Nominale - 10 kW.
Sistema Batterie
Capacità – 1200 Ah.
Generatore Diesel
Non Presente.
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37
SISTEMA DI ACCUMULO
DI ENERGIA OFF-GRID
1. Satrokala Plant
Configurazione
Requisiti
Fornire elettricità ad un’area rurale dove non è
presente la rete pubblica.
Location
Villaggio e campo di coltivazione.
Applicazione
Off-Grid.
Carichi
Carichi tipici domiciliari, officina meccanica e
una pompa d’acqua per l’irrigazione dei
campi.
Consumo di energia
110 MWh/anno .
Pannelli fotovoltaici
Non Presente
Turbina Eolica
Potenza Nominale- 60 kW.
Sistema Batterie
Capacità – 12.480 Ah.
Generatore Diesel
110 kVA
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GRAZIE PER L’ATTENZIONE
Eng. Jose Manuel Subiñas Seco de Herrera,
Project Engineer R&D Dept.
TRE S.p.A. Tozzi Renewable Energy
Headquarters: Via Zuccherificio 10 - 48123
Mezzano (RA) - Italy
Office Phone: +39 0544 525180
Mobile Phone +39 3298279534
Website: www.tozziholding.com
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dell’energia elettrica e termica: scenari
attuali e prospettive future
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