Riduzione delle emissioni di CO2 secondo i
parametri di Kyoto
Ridurre i consumi di combustibili fossili
derivanti da fonti energetiche “esauribili”
Utilizzo di energia endogena (materiali e
tecnologie del nostro paese)
Riduzione del rischio di “shortage”
conseguente alle crisi politiche internazionali
del medio oriente
Individuazione delle taglie massime e minime ammesse degli
impianti differenziate per livelli di tensione.
Individuazione del livello di tensione della rete al quale l’utente
può connettersi in relazione alle tipologia e alla taglia
dell’impianto, alle esigenze e alle caratteristiche della porzione di
rete interessata.
Individuazione dello schema dell’inserimento dell’impianto (in
linea o in stazione).
Individuazione dello schema di connessione (derivazioni e sistemi
di sbarra).
Valutazione sull’impiego di organi di manovra e d’interruzione in
relazione Individuazione delle taglie massime e minime ammesse
alla manutenzione e al sistema di protezione della rete.
Definizione dell’impianto di consegna, dei confini funzionali e di
proprietà tra gli impianti nonché di tutti gli elementi tecnici e delle
condizioni da riportare in accordi complementari e documenti
contrattuali.
Obiettivo della connessione
• Garantire agli utenti l’accesso alla
rete
•Garantire la continuità del servizio
•Mantenere invariata l’efficienza del
sistema
FOTOVOLTAICO
Le celle fotovoltaiche consentono di utilizzare l’energia proveniente
dal sole sfruttando l’effetto fotovoltaico
Una cella fotovoltaica esposta alla radiazione solare si comporta
come un generatore di corrente con una curva caratteristica
tensione/corrente che dipende fondamentalmente dall’ intensità,
della radiazione solare, dalla temperatura e dalla superficie.
Gli impianti fotovoltaici sono classificati in due
categorie a seconda che siano o meno collegati
alla rete:
•Impianti stand-alone
Gli impianti fotovoltaici
autonomi (stand alone )
vengono utilizzati
prevalentemente nelle zone
isolate, nelle quali non è
possibile allacciarsi alla rete
elettrica.
Sono sistemi non collegati alla rete elettrica e
sono costituiti da moduli FV, da un regolatore
di carica e da un sistema di batterie
(accumulatori) che garantisce l’erogazione di
corrente anche nelle ore di minore
illuminazione o al buio. La corrente generata
è continua.
Gli impianti fotovoltaici sono classificati in due
categorie a seconda che siano o meno collegati
alla rete:
Impianti grid-connected
Gli impianti fotovoltaici
grid connected sono
allacciati alla rete
elettrica e funzionano
come produttori e/o
utilizzatori di energia
elettrica
Nel caso in cui l'impianto non riesca a coprire il
fabbisogno di energia elettrica, come ad
esempio nelle ore notturne, l'energia per gli
utilizzatori viene prelevata dalla rete elettrica
con contatore "ad avere“
Quando l'impianto è in sovrapproduzione di
energia l'eccesso viene ceduto alla società
elettrica, per cui viene immesso in rete e
conteggiato con un contatore "a dare" da
parte della società elettrica.
Gli impianti fotovoltaici sono classificati in due
categorie a seconda che siano o meno collegati
alla rete
Impianti grid-connected
I sistemi grid connected sono il
principale oggetto dei
programmi di incentivazione in
conto energia
Essa non fissa più un valore limite superiore
per gli allacciamenti in BT e MT ma
sostituisce questo criterio con la valutazione
tecnica della società distributrice di energia
elettrica che si basa sulle caratteristiche
dell'impianto di produzione e sugli specifici
criteri di esercizio della rete
Le modalità di allacciamento di generatori
elettrici alla rete di distribuzione sono
regolamentati dalle norme CEI.
FOTOVOLTAICO: Gli inverter
E’ molto importante anche
l'interfaccia di rete cheprevede
una serie di misure di sicurezza
tali da evitare l'immissione di
energia nella rete elettrica
qualora i parametri di questa,
siano fuori dai limiti di
accettabilità.
Maximum Power
Point Tracker
Gli inverter specifici per il fotovoltaico hanno
particolari sistemi di controllo software e
hardware che consentono di estrarre dai
pannelli solari la massima potenza
disponibile in qualsiasi condizione
meteorologica
L’inverter è un apparato elettronico in grado di
convertire corrente continua in corrente
alternata, oppure una corrente alternata in
un'altra di differente frequenza
L’ENERGIA EOLICA
L’energia eolica è l'energia
posseduta dal vento sotto forma di
energia cinetica
Le macchine eoliche presenti sul mercato possono essere raggruppate:
Aerogeneratori di piccola taglia
Potenza nominale unitaria inferiore a
100kW
Connessione in BT
Aerogeneratori di media taglia connessi alla
rete elettrica
Potenza nominale fino a 1 MW; sono quelli installati con
maggior frequenza
Aerogeneratori di grande taglia
Anche per applicazioni off-shore, con potenza
nominale fino a 10 MW
CARATTERISTICHE DELL’ENERGIA EOLICA
Una peculiarità della macchina eolica è che non può
essere rispondere ad un carico, meccanico o elettrico che
sia, perché questo carico non avrà mai un andamento
coincidente con quello del vento
L’energia prodotta dovrà essere accumulata o immessa
in rete.
Si possono seguire due vie di “accumulazione”
dell’energia: sotto forma di corrente continua in batteria
o sotto forme di corrente alternata da immettere nella
rete elettrica
Per evitare lo sbilanciamento della rete deve
essere immessa in rete una frazione di energia
derivante da fonte eolica modesta rispetto alla
frazione dell’energia convenzionale
Possibilita’ di configurazione degli impianti
Utili da realizzare nelle
Impianti eolici a isola località lontane dalla Inverter
rete elettrica
Gli elementi costitutivi :
Generatore eolico
Regolatore di carica:
protegge gli accumulatori da
sovraccarichi in modo da Batterie di
farli lavorare in un intervallo accumulo
di tensioni adeguate dell’energia
Possibilita’ di configurazione degli impianti
Impianti connessi alla rete
L’energia prodotta in
esubero, viene immessa
nella rete elettrica e al
momento del bisogno
(notte e giornate poco
soleggiate) la riprendiamo
comunemente con nostro
il contatore generale
Come funziona un impianto eolico connesso alla rete
ALTERNATORE: trasforma
l’energia meccanica in
energia elettrica
ROTORE: tramite un
moltiplicatore di giri il
rotore alimenta un albero
veloce che a sua volta
alimenta un generatore
elettrico. Dal rotore
l’energia cinetica del vento
viene convertita in energia
meccanica e trasmessa ad
un generatore di corrente
MOLTIPLICATORE DI GIRI: serve a trasformare la rotazione lenta delle
pale in una rotazione veloce in grado di far funzionare il generatore di
elettricità
Al soffiare del vento il rotore gira e aziona a sua volta il generatore
elettrico, tramite un moltiplicatore di giri, che ha la funzione di
trasformare l'energia meccanica in energia elettrica.
Gli aerogeneratori sono connessi fra loro elettricamente
attraverso un cavidotto interrato.
All'impianto eolico e' associata una cabina-stazione di consegna
che, a sua volta e' connessa alla rete elettrica nazionale.
TRASFORMATORE: l’energia elettrica prodotta dall’alternatore
viene inviata al trasformatore che si occupa di innalzare la
tensione e abbassare la corrente per ridurre le perdite di
potenza in rete che variano con il quadrato della corrente stessa
Connessione ad una rete locale
Per rete locale si intende una rete di breve estensione e
potenzialità dove sono presenti pochi generatori
Due sono I problemi che si incontrano in queste connessioni:
Le utenze assorbono sempre potenza reattiva che il
generatore elettrico deve essere in grado di produrre. Questo fa
cadere la scelta sui generatori asincroni perché quelli asincroni
non sono in grado di produrre questa potenza anzi la
assorbono
E’ necessaria una regolazione: della rete
Che cos’e’ la regolazione della rete???
La tensione della rete deve rimanere costante quindi il
carico deve essere bilanciato dalla generazione. Cioè non
avviene in maniera autonoma perché il carico varia con le
esigenze dell’utenza mentre la potenza generata con la
velocità del vento.
Nel caso in cui la velocità
del vento sia bassa o nulla e Nei casi in cui l’energia
non è ammessa l’interruzioe prodotta sia superiore alla
del servizio la rete elettrica domanda il bilanciamento
deve essere alimentata da avviene facilmente con i
altra fonte. Si possono carichi resistivi che attivati da
usare nel caso di impianti di switch assorbono l’energia
piccola potenza batterie prodotta in eccesso
tampone enel caso di medie
potenze con un turbogas o
con diesel.
Rete territoriale
E’ alimentata da centrali elettriche di varia natura:
•termiche (vapore, gas, cogenerazione)
• idrauliche
• nucleari
• eoliche
Per ragioni economiche gli impianti ad alto costo
capitale e basso costo d’esercizio (nucleare e anche
eolico) funzionano continuamente mentre gli impianti
a minor costo capitale e maggiori costi d’esercizio
sono adibite a coprire il carico di punta.
Gli impianti eolici devono coprire quindi il
carico di base e quando è disponibile deve
essere pienamente utilizzata
Ogni fluttuazione dell’energia da fonte eolica
deve essere compensata immediatamente da
quelle fonti termiche che più rapidamente
possono rispondere alle variazioni di carico.
EOLICO OFF-SHORE
Con l'espressione eolico off-shore si intendono gli impianti
installati ad alcune miglia dalla costa di mari o laghi
VANTAGGI DELL’EOLICO OFF-SHORE
RISPETTO A QUELLO TERRESTRE:
Più favorevole regime dei venti con velocità
superiori fino al 30% rispetto ai
corrispondenti valori di terraferma
Minore turbolenza e minore variazione del
vento con l’altezza
Possibilità di installare aerogeneratori più
grandi
Minore impatto visivo
SVANTAGGI:
costi elevati da sostenere, soprattutto per
adeguare le reti elettriche ai fini
dell’interconnessione tra rete terrestre e
impianti in mare
CONNESSIONE DI UN EOLICO OFF-SHORE
Elementi principali:
La rete elettrica tra le macchine e la linea in cavo sottomarino per il
collegamento con la terraferma
Cabina di trasformazione a terra necessaria per elevare la tensione
da 33 kV alla tensione della rete elettrica nazionale di 150 kV;
Stazione di smistamento: la stazione di smistamento, connessa
tramite un elettrodotto interrato a 150kV alla cabina di
trasformazione, trasferisce l'energia alla Rete Elettrica Nazionale.
La connessione dei parchi eolici (o wind farms) off-shore può
avvenire tramite un collegamento in MT sino alla stazione off-shore
e poi con un cavo di alta tensione sino al collegamento in terra. In
alternativa possiamo avere dei cavi di MT che collegano gruppi di
macchine direttamente a terra.
CONCLUSIONI SULLA CONNESSIONE DEGLI IMPIANTI EOLICI
Gli aerogeneratori sono previsti di sistemi di controllo e
regolazione della frequenza e della tensione che li mettono in
grado di produrre una corrente congruente con la rete elettrica.
Sara’ necessario un trasformare che elevi la tensione ai valori
della rete elettrica cui il generatore viene connesso
Nel caso di macchine singole ciò avviene con un
trasformatore singolo
Nel caso di wind farm on shore si realizza una rete interna di
interconnessione fra gli aerogeneratori alla base dei quali vi e’
un trasformatore
Nel caso invece delle centrali off shore – per ragioni di costo
dei trasformatori e grazie a distanze ancora non troppo
elevate dalla costa - si continua ad utilizzare una tensione
massima di 36 kV.
ASPETTI ECONOMICI
Il costo di un sistema fotovoltaico varia molto in funzione di
tipologia d’impianto, dimensione, luogo d’installazione, requisiti e
specifiche tecniche. Il range oscilla tra 7.500 e 15.000 €/kW e il
costo del kWh varia da 0,5 a 1,5 €.
Per gli impianti eolici il costo medio del kW installato si
aggira intorno ai 700 €: una macchina da 1 MW viene a
costare quindi circa 700000 €. Il costo di gestione per i
primi 5 anni si aggira sui 0,45 cent €/kWh per poi crescere
negli anni. Il costo di produzione invece si assesta nelle
condizioni migliori dai 3,5 ai 4 cent €/kWh.
sistemi di
controllo progetto terreni strade
connessione
alla rete
1
installazioni 2
elettriche 3
4
5
6
7
8
fondazioni
costo della turbina
OSTACOLI ALLA DIFFUSIONE DELLE FONTI RINNOVABILI
Un ostacolo molto grande che impedisce alle fonti di energia
rinnovabile di emergere in maniera consistente e’ dato
dall’intermittenza delle fonti
L’energia rinnovabile e’ scarsamente vettoriabile verso
altri settori di consumo rimanendo cosi’ confinata in
quello elettrico
CONSEGUENZE
L’alterazione delle condizioni di equilibrio
dinamico della rete che possono provocare
anche il blocco di intere porzioni della rete
POSSIBILE SOLUZIONE A QUESTI OSTACOLI
ACCUMULO DI ENERGIA
DIAGRAMMA DI GENERAZIONE DELLA POTENZA
1
0,9
U 0,8
N Potenza estiva
I 0,7
T Potenza livellata
A' 0,6
A 0,5
R
B 0,4
I
T 0,3
R
A 0,2
R
I 0,1
E
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
ORA
…LE PROSPETTIVE FUTURE
RADIAZIONE
Una soluzione che si sta GENERATORI RISORSE NATURALI
sperimentando e che sta FOTOVOLTAICI D'ACQUA
riportando esiti positivi per ELETTRICITA'
ELETROLISI
DELL'ACQUA
quanto riguarda i sistemi di
accumulo e’ l’idrogeno
STOCCAGGIO STOCCAGGIO
OSSIGENO IDROGENO
RETE DI DISTRIBUZIONE
- IDROGENO LIQUIDO
- IDROGENO GASSOSO
- COMBUSTIBILI SINTETICI
BRUCIATORI SETTORE ACQUA
TERMICO
ESEMPIO CENTRALI
DELL’UTILIZZO TERMOELETTRICHE
DELL’IDROGENO GRUPPI ELETTRO-
GENERATORI
SETTORE
ELETTRICO
ACQUA
CELLE A
COMBUSTIBILE
MOTORI SETTORE ACQUA
ELETTRICI TRASPORT
MOTORI
ENDOTERMICI