Il sistema elettrico nazionale si trova in una fase di radicale cambiamento e vede una serie di profonde trasformazioni che coinvolgono il sistema di generazione, trasmissione e distribuzione. Il sistema tradizionale di distribuzione dell’energia è caratterizzato da una radicale separazione tra la rete attiva dell’utility e la rete passiva dell’utente. Con l’avvento della generazione distribuita questa separazione diviene meno completa, la rete dell’utente, da solo passiva, diviene anche attiva e si interfaccia con la rete principale. Tutto ciò comporta, oltre ad una serie di vantaggi, anche dei problemi che non sono presenti con il sistema tradizionale. La rete attiva/passiva dell’utente, in un sistema di generazione distribuita, è di potenza piccola in rapporto a quella dell’utility, quindi è tutt’altro che a potenza infinita. La conseguenza di ciò è che ogni variazione della potenza istantanea richiesta o erogata dai carichi, anche se in valore assoluto modesta, rischia di essere in valore relativo molto importante. Questo porterebbe ad uno squilibrio che si tradurrebbe in una scarsa qualità della forma d’onda della tensione se non addirittura in una instabilità della frequenza. Questi problemi di instabilità di rete si traducono in problemi di gestione dei generatori distribuiti, con le loro limitazioni statiche e dinamiche in risposta alle variazioni della domanda e problemi di power quality . Tali problemi possono essere affrontati disponendo di opportuni “serbatoi di energia” che devono essere caratterizzati da tempi di risposta rapidi (non superiori al quarto/quinto di periodo) e capaci di lavorare in energia e cioè per tempi che vanno da qualche minuto a qualche ora, come richiesto dalle applicazioni per PS, o di lavorare in potenza, per tempi che vanno dalla frazione di secondo a poche decine di secondi, come richiesto dalle applicazioni per power quality. Quindi, con lo scopo di assicurare la continuità e la qualità della fornitura, nonché per garantire l’esercizio in sicurezza, la generazione distribuita ha bisogno di sistemi di accumulo di energia che hanno anche il vantaggio in termini economici di consentire, in un sistema di tariffe suddivise per fasce orarie, una ottimizzazione delle tariffe (prelevando energia da rete nelle fasce orarie in cui il prezzo è minore e rivendendola quando costa di più). Visto dal lato utente un sistema di accumulo opportunamente programmato può effettuare in modo automatico il peak shaving giornaliero, consentendo un utilizzo dell’energia più razionale e un risparmio legato all’ottimizzazione della tariffa. Consente pertanto di stipulare con l’ente che fornisce l’energia un contratto con una potenza di picco richiesta inferiore, essendo il sistema di accumulo in grado di integrare la potenza massima contrattuale erogabile dalla rete principale. In una rete di generazione distribuita in genere il compito di ridurre la potenza di picco è affidato ai generatori locali. Non è però conveniente dimensionare tali generatori sulla potenza di picco, è invece preferibile inserire dei sistemi di accumulo opportunamente dimensionati per erogare tale potenza.

Dal punto di vista del fornitore di energia elettrica, l’utilizzo di sistemi di accumulo per effettuare il load- leveling consente di migliorare lo sfruttamento della generazione-trasmissione-distribuzione esistente, evitando costosi e complessi potenziamenti. Infine un sistema di accumulo con le caratteristiche opportune può essere utilizzato con lo scopo di migliorare la qualità della fornitura (applicazione di power quality), e garantire la bontà della forma d’onda della tensione di alimentazione, per l’alimentazione dei carichi particolarmente sensibili anche a lievi anomalie nella tensione di alimentazione, come robot e macchine a controllo numerico. Una volta definito il problema tecnico cui si vuole far fronte, è necessario individuare quali possano essere le tecnologie di accumulo più opportune in base al tipo di applicazione ed alle condizioni al contorno. A tale scopo si sono studiate, anche per mezzo di prove di laboratorio dedicate, tecnologie di accumulo sia di tipo tradizionale, come base di riferimento, che innovativo, in modo da definire le loro caratteristiche in termini di prestazioni e raccogliere informazioni tecniche ed economiche che ne definiscano le prospettive di utilizzo in applicazioni industriali o eventualmente i limiti applicativi. Nel documento si riportano i risultati delle prove di laboratorio cui sono state sottoposte varie tecnologie di accumulo, di tipo tradizionale, come la batteria al piombo, e innovativo come la batteria Sodio/Cloruro di Nichel, più comunemente nota come ZEBRA™ e i supercapacitori. Con la sola eccezione dei supercapacitori, tutte le tecnologie di accumulo elencate sono attualmente installate nella test facility realizzata al CESI. Per tale motivo il documento riporta anche una breve descrizione della test facility stessa, volgendo l’attenzione in particolare al ruolo dei sistemi di accumulo in questa rete sperimentale di generazione distribuita. Sebbene tratti di tutti i sistemi di accumulo elencati, il documento focalizza la sua attenzione sulla batteria ZEBRA™ e sui supercapacitori, sistemi che sono stati sottoposti a prove di caratterizzazione prestazionale e a prove che riproducono il loro funzionamento in impianto. Inoltre vengono riportati i risultati di alcune prove di caratterizzazione per la batteria a circolazione di elettrolita Redox, anch’essa inserita nella test facility. Tali risultati si aggiungono e in parte aggiornano quelli ottenuti nelle prove sintetizzate nel rapporto A2/022805. A tali prove si sono affiancate, per ZEBRA™, Redox e piombo, alcune prove per di supporto allo sviluppo del modello elettrotecnico, messo a punto allo scopo di progettare uno stimatore dello stato di carica per ciascuna di queste batterie. Tali prove sono descritte nel documento A5053120 di sintesi dell’attività della Milestone 2.2.4. PGE – Enrica Micolano PGE – Maria Broglia

Marco Preziani (Elettronica Preziani) PGE – Luigi Mazzocchi PGE – Claudio Bossi