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rapporti - Deliverable

Sviluppo e sperimentazione di una wallbox intelligente

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Sviluppo e sperimentazione di una wallbox intelligente

Nel documento è esposta l’attività di sviluppo e sperimentazione per una wallbox (stazione di ricarica domestica) intelligente con digressioni in merito alle analisi di performance del veicolo elettrico BMW i3 per il periodo 2015-2016 e a nuovi sviluppi relativi a modalità di ricarica (nello specifico “flash”) per mezzi elettrici di trasporto collettivo e all’impatto sulle reti di distribuzione.

La maggior parte dei proprietari di veicoli elettrici utilizza la propria abitazione come punto di ricarica principale, per cui chi ha un’auto elettrica è abituato a metterla sempre in carica ogni volta che parcheggia nel proprio box o posto auto. In questo modo l’auto diventa un carico domestico del quale tenere conto durante l’utilizzo dei principali elettrodomestici soprattutto se la potenza contrattuale è limitata a 3 kW. Si rende quindi indispensabile l’utilizzo di stazioni di ricarica con la corrente regolabile e che magari sfruttino al massimo le curve di sgancio degli attuali contatori elettronici ENEL (1G).

Allo scopo è stata condotta una sperimentazione per rendere intelligente una normale wallbox (stazione di ricarica domestica) con limitazione fissa o comunque manuale della corrente di carica. L’attività, condotta inizialmente in laboratorio, è consistita nello sviluppo di un sistema automatico di modulazione della corrente e quindi del segnale PWM di comunicazione con il veicolo elettrico.

Il sistema è composto da moduli software: uno per la comunicazione via server con la wallbox, uno per la logica di controllo e l’ultimo per la gestione del ciclo di controllo, mentre l’hardware consiste nella stazione di ricarica e di 2 misuratori di potenza inseriti uno immediatamente a valle del contatore fiscale e uno a monte della linea di alimentazione della wallbox.

È stata condotta una prima fase di messa a punto dei moduli software simulando l’assorbimento della carica del veicolo allo scopo di ottimizzare le tempistiche di intervento (ciclo di controllo) oltre al mantenimento dei livelli medi di potenza demandati alla logica di controllo. Nella seconda fase sono stati utilizzati veicoli elettrici reali in modo da verificare anche la loro risposta alla modulazione del PWM.

In parallelo, si è intrapesa una collaborazione con due costruttori di stazioni di ricarica di veicoli elettrici interessati allo sviluppo di dispositivi domestici intelligenti, cioè capaci di gestire la ricarica tenendo conto del consumo totale dell’utenza. L’evoluzione dei dispositivi di ricarica durante il percorso dei test effettuati sia in laboratorio sia c/o un’utenza reale ha portato alla realizzazione di due prodotti attualmente proposti sul mercato.

Sono state inoltre condotte delle elaborazioni sui dati di utilizzo del veicolo elettrico BMW i3 per il periodo 2015-2016, sulle diverse tipologie di percorso. Le elaborazioni, relative a quasi tre anni di utilizzo dell’auto, hanno mostrato che, dopo un periodo di assestamento delle prestazioni delle batterie durato fino a circa 2000 km percorsi, i consumi sono calati e praticamente stabilizzati attorno al valore di 130/140 Wh/km mantenendo una buona costanza delle prestazioni.

Sono stati inoltre eseguiti alcuni confronti in merito all’emissione da CO2 in atmosfera, comparando i kg CO2/km emessi dalla BMWi3 (legati alla produzione elettrica) e un equivalente veicolo termico diesel. Il confronto ha evidenziato una riduzione dell’emissione inquinante nel caso dell’auto elettrica. Le riduzioni sono più evidenti nei periodi estivi in quanto i consumi dell’auto elettrica aumentano nei mesi invernali a causa di riscaldamento e utilizzo dei fari. Bisogna tenere conto però che, se la ricarica di energia è prodotta con fonti fossili convenzionali, l’inquinamento sarà prodotto in una centrale bulk, dotata di sistemi di abbattimento di polveri, NOx e SOx, e sarà diluito su un territorio più ampio. Diverso è il discorso se la ricarica avvenisse da fonti rinnovabili quali eolico o fotovoltaico; in questo caso si avrebbe realmente emissione di CO2 pressoché nulla, rimanendo a livello locale solo le immissioni di inquinanti legate a freni e rotolamento pneumatici.

Nella ultima sezione del documento è riportata la sintesi dell’attività relativa alla ricarica di mezzi di trasporto elettrico di tipo collettivo, fattore che può avere di per sé un impatto non trascurabile sulle reti di distribuzione nazionali ed internazionali. In quest’ambito numerose amministrazioni locali, con l’obiettivo di ridurre il traffico e migliorare la qualità dell’aria delle aree di competenza, hanno introdotto misure per contrastare l’accesso dei veicoli a motore all’interno dei centri abitati e mezzi pubblici innovativi di tipo elettrico o ibrido. I produttori di autoveicoli sono quindi incoraggiati a investire in tecnologie ad alto potenziale e impatto, non solo nei sistemi di trasporto, ma anche nel sistema elettro-energetico. Sì considera quindi un modello di bus basato su sistema a ricarica “flash” (ad alto impatto atteso sulla rete elettrica di distribuzione), come già sperimentato nel caso della città di Ginevra (progetto TOSA).

Si descrive quindi la metodologia sviluppata per l’analisi d’impatto di questa nuova tecnologia di trasporto nei confronti delle reti di distribuzione elettrica nazionali, mostrandone applicazione in uno scenario di metropoli e valutandone la potenziale replicabilità. Per ottenere una maggiore significatività delle analisi, si esaminano tracciati di Trasporto Pubblico Locale (TPL) congiungenti aree cittadine in prossimità di centri storici a periferie, spesso ospitanti terminal di trasporto a lunga percorrenza (aeroporti, stazioni AV ecc.). La scelta delle diverse linee di trasporto comporta il coinvolgimento di linee elettriche di distribuzione di tipo differente.

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