In passato l’uso degli accumulatori elettrochimici è stato per lungo tempo limitato a funzioni di riserva, sicurezza, emergenza e all’alimentazione dei mezzi di comunicazione. In tempi recenti tuttavia si è assistito ad una diversificazione delle applicazioni di tali sistemi sia nel campo della trazione elettrica e ibrida sia nello stazionario, grazie all’affermarsi di una maggiore attenzione verso la qualità della fornitura e al crescente interesse verso nuove forme di generazione. Fra gli usi stazionari dei sistemi di accumulo interessi crescenti si registrano nel campo delle fonti rinnovabili di energia. Inoltre i sistemi di accumulo hanno un ruolo molto importante nell’ambito della generazione distribuita, ovvero una modalità di generazione che affianca alla rete tradizionale sistemi di generazione secondari di taglie più o meno piccole, trasformando la rete di distribuzione da solo passiva a passiva/attiva. Dal momento che le reti di generazione distribuita sono caratterizzate da limitazioni in potenza ed energia più o meno stringenti, nasce la necessità, per poter garantire una qualità del servizio pari almeno a quella della rete principale, di integrare nella rete dei sistemi di accumulo di energia, in grado effettuare il bilancio delle potenze. Di fatto gli accumulatori sono oggi ritornati ad essere una parte importante del sistema elettrico e questo ha portato da un lato allo sviluppo di accumulatori elettrochimici con nuove caratteristiche costruttive, come ad esempio la batteria Sodio/Zolfo o la batteria Sodio/Cloruro di Nichel (ZEBRA™), che possiedono energie specifiche molto elevate se rapportate a quelle degli accumulatori classici, dall’altro ad uno studio più approfondito degli accumulatori tradizionali, come l’accumulatore al piombo, che è il tipo più usato nelle applicazioni industriali, volto a migliorarne le caratteristiche sia in termini di prestazioni che di durata di vita. Per l’ottimizzazione della gestione nell’ambito della generazione distribuita è condizione necessaria la capacità di determinare in linea, ovvero con batteria in esercizio e non a riposo e scollegata dall’impianto, lo stato di carica degli accumuli presenti. Tale capacità consente di massimizzare le prestazioni degli accumuli durante l’esercizio e di evitare costosi ed inutili sovradimensionamenti in fase di progetto. Tuttavia la misura dello stato di carica presenta allo stato attuale delle difficoltà più o meno grandi a seconda della tecnologia di accumulo in esame. Tali difficoltà hanno stimolato la diffusione di studi volti a sviluppare modelli matematici degli accumulatori, in grado di descriverne e prevederne il comportamento elettrico, sia in fase di carica che di scarica. Lo sviluppo del modello di un sistema di accumulo è la base a partire da cui realizzare uno stimatore dello stato di carica del sistema stesso.

L’attività che viene descritta nel presente rapporto si è proposta l’obiettivo di mettere a punto un algoritmo di stima dello stato di carica e di previsione dell’energia estraibile dal sistema di accumulo alle condizioni attuali, che permetta di ottimizzare la gestione, durante il funzionamento in un impianto reale, dei sistemi di accumulo elettrochimico installati nella test facility, la rete sperimentale di generazione distribuita realizzata al CESI nell’ambito del progetto GENDIS 21. I sistemi di accumulo integrati in tale rete sono una batteria di accumulatori al piombo ermetici, una batteria ZEBRA™ e una batteria a circolazione di elettrolita Redox. In particolare si è realizzato, attraverso una attività di modellazione che ha portato allo sviluppo dei modelli matematici delle tre tecnologie di accumulo citate, uno stimatore dinamico dello stato di carica di tali batterie. Il presente documento riporta una descrizione dei modelli elettrotecnici dei tre sistemi di accumulo e dello stimatore dello stato di carica realizzato mediante l’implementazione nell’ambiente di sviluppo LabVIEW™ dei modelli. Nel documento si riporta anche una descrizione delle prove di laboratorio che sono state necessarie per la taratura dei modelli, permettendone l’identificazione dei parametri, e per la validazione dello stimatore realizzato. PGE – Enrica Micolano PGE – Maria Broglia Massimo Ceraolo * Carmine Miulli * Antonio Di Donato * Roberto Trombetta * * Università di Pisa PGE – Luigi Mazzocchi PGE – Claudio Bossi