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rapporti - Deliverable

Caratterizzazione, affidabilità, sicurezza e applicazione di sistemi di accumulo per la generazione distribuita

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Caratterizzazione, affidabilità, sicurezza e applicazione di sistemi di accumulo per la generazione distribuita

Il documento presenta le ricerche riguardanti la caratterizzazione di batterie Litio-ioni alvariare della temperatura di lavoro, la caratterizzazione di una batteria Sodio-Cloruro dinichel, l’analisi delle problematiche di sicurezza della batteria Sodio-Zolfo, lo studiocondotto per un prototipo di accumulatore ibrido batterie-supercondensatore e lo sviluppo diun algoritmo di massimizzazione dell’autoconsumo per un impianto fotovoltaico-batterie.

La generazione distribuita comporta diversi vantaggi sia per gli utenti che per i produttori di energia, maimplica anche una serie di criticità legate alla trasformazione in atto nel sistema elettrico. Le richieste diefficienza energetica, qualità della tensione e affidabilità delle reti di distribuzione in MT e in BTrendono indispensabili l’integrazione di sistemi che permettano di gestire i flussi energetici anche inpresenza di fonti rinnovabili non controllabili. I notevoli progressi tecnologici attualmente in corsostanno rendendo disponibili dispositivi di accumulo in grado di soddisfare molteplici esigenze entro unampio campo di impiego.Il documento ha come scopo la valutazione di diversi aspetti riguardanti i sistemi di accumuloelettrochimico che per le loro prestazioni e la loro modularità, si prestano a essere impiegati all’internodella generazione distribuita.L’attività riportata nel capitolo 2 riguarda la caratterizzazione in laboratorio, all’interno di una cameraclimatica, di una batteria litio-ioni a tre differenti temperature ambiente (0°C; 20°C; 40°C). In base alleprove svolte, risulta che la temperatura di lavoro determina una variazione delle prestazioni dei sistemidi accumulo litio-ioni. In questo intervallo di temperature le variazioni risultano ridotte, ma occorreanche verificare l’effetto della temperatura di lavoro sulla vita utile.Il lavoro descritto nel capitolo 3 si è concentrato sulla definizione e la verifica di una procedura di provaper batterie sodio/cloruro di nichel. La procedura prevede delle prove di caratterizzazione di base e unaprova specialistica per verificare il comportamento della batteria in un’applicazione di Time Shift.La procedura è stata utilizzata per il test di una batteria FIAMM Sonick 48TL80-NV progettata peressere utilizzata come batteria di back-up in apparati di telecomunicazione.Nel capitolo 4 è riportata una analisi delle principali problematiche di sicurezza delle batterie sodio/zolfo (NaS). In particolare, la principale attenzione è stata dedicata alle possibili cause di incendio di talibatterie. Gli strumenti utilizzati sono stati essenzialmente la modellistica e la simulazione numerica,mediante il programma Comsol. Individuate le principali configurazioni incidentali, sono state fatteconsiderazioni riguardanti le loro conseguenze. In base alle analisi svolte, è evidente come la rotturadella membrana risulti estremamente dannosa per questo tipo di batterie. Le soluzioni per ridurre inmodo consistente tale rischio risiedono, molto probabilmente, negli additivi per rallentare la reazione trasodio e zolfo e nelle misure tese a ridurre la rapidità di miscelazione tra i due liquidi.Il capitolo 5 descrive lo sviluppo di un sistema di accumulo ibrido batteria-supercondensatore dautilizzare per la verifica dei miglioramenti in termini di vita utile di una soluzione di questo genererispetto a un sistema di accumulo elettrochimico. L’attività riportata riguarda la definizione del circuitodi prova, con il dimensionamento del sistema di accumulo elettrostatico ed elettrochimico, lo sviluppo diun’interfaccia utente che permetta di impostare i limiti e di controllare i set-up di funzionamento del sistema ibrido e la definizione di un’opportuna procedura di prova per la verifica dell’invecchiamentodelle batterie.Nel capitolo 6 è descritta l’applicazione di un sistema di accumulo elettrochimico utilizzato inaccoppiamento a un impianto fotovoltaico, installato presso un’utenza domestica, per massimizzarel’autoconsumo, ridurre i picchi di assorbimento del carico e garantire una curva di produzione piùregolare. L’attività ha riguardato la definizione di un opportuno algoritmo di controllo per lamassimizzazione del coefficiente di autoconsumo. La verifica delle prestazioni ottenute è stata svoltaattraverso strumenti di modellistica e simulazione, quali Matlab® e Simulink®. Prendendo inconsiderazione un impianto fotovoltaico sprovvisto di batteria, il cui autoconsumo medio nel mese digiugno era limitato al 39%, l’integrazione con una batteria e la logica sviluppata permettono di ottenereuna quota di autoconsumo medio pari al 63%.

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