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rapporti - Deliverable

3.7.1a-Valutazione economica e benefici economico-energetici di una rete utente in bassa tensione in c.c. con Generazione Distribuita – parte 1

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3.7.1a-Valutazione economica e benefici economico-energetici di una rete utente in bassa tensione in c.c. con Generazione Distribuita – parte 1

Attualmente i sistemi di distribuzione in bassa tensione utilizzano la corrente alternata e sono passivi intendendo con ciò dire che, nelle reti in bassa tensione, sono assenti apparati di generazione e non esiste praticamente la possibilità di scambio di informazioni tra distributore di energia elettrica ed utenza. Il continuo progresso tecnologico dell’elettronica di potenza e di quella di segnale porta a ritenere che siano maturi i tempi per rivisitare tutta la questione: sorge cioè spontanea la domanda se l’attuale modo di progettare e gestire le reti di distribuzione sia quello ottimale o non possa essere invece più conveniente passare alla corrente continua, inserire a livello locale generatori di taglia ridotta ed elementi di accumulo e, al contempo, attuare una gestione "intelligente" dei carichi. Si espongono nel seguito del presente rapporto alcune riflessioni di carattere generale che hanno portato alla valutazione economica e di fattibilità di una rete utente in bassa tensione in corrente continua con generazione distribuita nonché gli obiettivi dello studio. Finora la distribuzione in corrente continua ha trovato impiego in applicazioni di grande potenza, come la trasmissione dell’energia elettrica su lunghe distanze o in cavi sottomarini, in applicazioni particolari come grossi azionamenti a velocità variabile, nella trazione elettrica e nelle alimentazioni di elevata continuità, come gli impianti di emergenza. Viceversa nelle applicazioni tradizionali ha finora prevalso l’uso della corrente alternata, soprattutto per la disponibilità del trasformatore, che permette la trasmissione e la distribuzione su più livelli di tensione, a seconda delle esigenze, e del motore asincrono, largamente diffuso nelle macchine a velocità fissa. Se da un lato il motore asincrono è caratterizzato da una buona economicità ed affidabilità, dall’altro ha sempre sofferto il fatto di operare a frequenza e tensioni fisse, non consentendo regolazioni di velocità a meno di non ricorrere a soluzioni complesse, spesso penalizzanti sotto il profilo energetico. L’avvento dell’elettronica di potenza ha permesso di realizzare convertitori affidabili ed economici a tensione e frequenza di uscita variabili, adattabili alle esigenze delle specifiche applicazioni: oggi giorno, infatti, una quota parte sempre più consistente di energia elettrica subisce una "conversione elettronica" prima del suo uso finale. La cosa appare molto evidente analizzando il modo di funzionare di gran parte delle apparecchiature elettrodomestiche o similari che, anche se alimentate in alternata dalle attuali reti di distribuzione, funzionano di fatto in corrente continua e quindi potrebbero trarre beneficio, sia sotto il profilo costruttivo che sotto quello energetico, dalla disponibilità di una sorgente di alimentazione in corrente continua invece che in corrente alternata. Un ulteriore aspetto a favore dell’adozione di un sistema distributivo in continua, è rappresentato dalla constatazione che in questi ultimi anni, si va sempre più consolidando, a livello internazionale, l’interesse per lo sviluppo della generazione distribuita (GD) essendo diffusa l’opinione che potrà conoscere elevate

prospettive di crescita; si ritiene infatti che la GD consentirà un uso più significativo delle fonti rinnovabili e potrà dare un contributo alla riduzione dell’impatto ambientale associato alla produzione di energia elettrica. L’adozione della GD unitamente all’impiego di sistemi di accumulo (come batterie e volani meccanici attualmente presenti nei dispositivi per la qualità del servizio quali UPS o più in generale, Custom Power) potrebbe inoltre consentire anche il vantaggio di migliorare la qualità del servizio riducendo la frequenza e la durata di buchi ed interruzioni di tensione. È questo un aspetto che oggi va acquistando sempre maggior importanza, soprattutto per gli utenti in BT; infatti, nelle piccole industrie, nel terziario ed anche nel residenziale sono sempre più presenti carichi sensibili ai disturbi di rete, carichi che, nel contempo, tendono loro stessi a peggiorare la qualità della fornitura. I convertitori di interfacciamento dei generatori distribuiti con la rete elettrica sono molto spesso caratterizzati da un’uscita in corrente continua come nelle celle a combustibile e nei pannelli fotovoltaici o hanno comunque la necessità di uno stadio in continua prima dell’allacciamento alla rete pubblica in corrente alternata: considerazioni del tutto analoghe si possono ripetere per gli elementi di accumulo. L’adozione di un sistema distributivo in corrente continua, risulterebbe allora vantaggioso, anche sotto questo profilo, consentendo una semplificazione dei convertitori di interfacciamento tra generatori, elementi di accumulo e rete. Quanto esposto giustifica l’interesse ad approfondire l’argomento. E’ stata avviata un’indagine finalizzata al riesame delle attuali reti utente in BT, ipotizzando in parallelo alla tradizionale rete in corrente alternata, la presenza di una rete in cc in modo da realizzare un’infrastruttura ad elevato livello di continuità e qualità, a cui connettere: i carichi in ca, molto sensibili ai disturbi (tramite un convertitore cc/ca), i carichi in cc, la generazione distribuita e gli eventuali sistemi di accumulo. Lo scopo del lavoro è quello di studiare la fattibilità di una tale rete evidenziandone gli eventuali benefici economico – energetici e le diverse implicazioni che l’adozione di un sistema distributivo in corrente continua potrebbe avere a livello sia di sistema, sia di apparecchiature connesse. La prima parte del presente lavoro si prefigge l’obiettivo di valutare le opportunità che una alimentazione in cc potrebbe implicare considerando anche la diffusione di sistemi per la generazione distribuita e per l’accumulo. I dispositivi di interfaccia in queste applicazioni sono esaminati anche da un punto di vista economico. Si è poi focalizzata l’attenzione sulle diverse tipologie di generatori distribuiti e di sistemi di accumulo e sulle modalità di interfacciamento con la rete e si è svolta un’analisi economica finalizzata ad individuare in funzione della potenza, i differenti costi dei convertitori di interfacciamento con la rete a seconda che si scelga la tradizionale soluzione in corrente alternata o quella, allo studio, in corrente continua Successivamente partendo dall’analisi di diversi carichi di cui è ipotizzabile la presenza nelle reti utente in BT in ambito residenziale, del terziario ed ospedaliero, si è focalizzata l’attenzione soprattutto sulle implicazioni economiche che l’adozione di un sistema distributivo in corrente continua potrebbe comportare.

In particolare si è effettuato un confronto tra rete utente in corrente continua e rete utente in corrente alternata concentrando l’attenzione sui cavi, gli apparecchi utilizzatori di maggior diffusione ed i convertitori di interfacciamento tra la rete utente in continua e i generatori distribuiti, gli elementi di accumulo e la rete pubblica in alternata. Infine è stata svolta un confronto economico tra sistemi in corrente alternata e sistemi in corrente continua con riferimento ad una rete elettrica interna ad un’utenza in ambito residenziale ipotizzando la presenza di tipici apparecchi utilizzatori.

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