Progetto selezionato come best case nel Libro bianco “Prospettive dei sistemi di accumulo elettrochimico nel settore elettrico” di RSE-Ricerca Sistema Energetico e ANIE Energia.
L’impianto di Pietragalla è il primo parco eolico italiano integrato ad un sistema di accumulo elettrochimico di energia elettrica. E’ considerato un modello di efficienza e di innovazione tecnologica nel campo dell’integrazione dei sistemi storage ad impianti ad energia rinnovabile.
L’impianto di accumulo è stato realizzato all’interno della stazione elettrica di utenza (AT/MT) di Enel Green Power nel 2015. L’impianto presenta un punto di consegna alla rete AT di E-Distribuzione e risulta collegato alla rete elettrica in antenna dalla adiacente Cabina Primaria (CP) di Avigliano.
Il progetto sperimentale è nato allo scopo di testare il comportamento fisico delle batterie agli ioni di litio associate ad un impianto rinnovabile per rendere il funzionamento dell’insieme batteria-impianto quanto più simile a quello di una unità programmabile.
Attraverso l’utilizzo di logiche (hardware e software) che implementano alcuni servizi di regolazione previsti dal codice di rete o legate ad opportunità di mercato, l’EES svolge la basilare funzione di prelievo o di immissione di energia elettrica dalla rete. Il tutto avviene per mezzo di inverter bidirezionali in grado di funzionare come “caricabatterie” (nel caso di prelievo da rete) e come inverter “stile fotovoltaico” nel caso di immissione. L’impianto elettrico si prefigura quindi come ATTIVO e risulta idoneo al funzionamento anche in caso di black-out della rete stessa in condizioni di isola transitoria.
Il sito di installazione è così individuato:
- località: Avigliano (PZ)
- coordinate geografiche:
40°44’02” N – 15°47’48” E
- altitudine: 857 m s.l.m.
Impianto eolico
Il parco eolico è situato in Basilicata, in un territorio situato tra i Comuni di Pietragalla, Potenza e Avigliano [figura 1] . L’impianto è costituito da 9 aerogeneratori da 2 MW ciascuno, per una potenza nominale complessiva installata di 18 MW, raggruppati in due sottocampi. Le turbine eoliche sono turbine tripala, alte 90 m e con un diametro di circa 92 m. La rotazione della navicella avviene grazie ad un sistema di controllo imbardata attivo (yaw control) che consente una rotazione automatica controvento del rotore attraverso la comunicazione tra il sistema di controllo della turbina, il sistema anemometrico e i motori necessari alla rotazione (velocità di imbardata di 25 m/s). All’interno della navicella è posizionata la gearbox (necessaria ad adeguare la velocità delle pale alla frequenza di 50 Hz della rete), il generatore asincrono e varie componenti elettroniche. Alla base della torre si trova il trasformatore MT/BT 0,69-20kV.
Il trasporto dell’energia prodotta dai due sottocampi verso la sottostazione avviene mediante un cavidotto interrato della lunghezza di 5 km.
Energy Storage System
Il sistema di accumulo annesso all’impianto eolico presenta una potenza di 2 MW e una capacità di circa 2 MWh e consente di ottimizzare la produzione da fonte rinnovabile garantendo maggiore stabilità e sicurezza alla rete elettrica.
A causa degli elevati ingombri delle batterie è stato necessario optare per un impianto di storage di taglia inferiore rispetto alla produzione dell’impianto eolico.
L’assemblato batterie litio-manganese prodotto e fornito da Samsung SDI è composto da molteplici celle elettrochimiche agli ioni di litio. Le celle sono assemblate all’interno di un modulo (case). Due moduli vanno a formare un casssetto (tray) come rappresentato in [figura 2]. Più tray collegati in serie realizzano un rack la cui tensione nominale in uscita è di 710 VDC.
| Data sheet Energy Storage System | |
| BATTERIE SAMSUNG SDI 192S25P | |
| Tecnologia | Ioni di litio |
| Potenza nominale (@ 1C rating) | 2,13 MW |
| Energia nominale lorda (in scarica) | 2,13 MWh |
| Energia nominale netta (in scarica) | 1,963 MWh |
| Rendimento netto (roud-trip AC) | > 95% |
| Temperatura operativa di esercizio | 23 ± 5°C |
| INVERTER TDE MACNO POWERSTACK OPDE S 2600 |
Gli armadi rack integrano al proprio interno il BMS (Battery Management System) che raccoglie le informazioni sullo stato di salute delle batterie (temperatura del modulo e corrente/tensione lato c.c.) e ha il compito di azionare gli interruttori di protezione qualora i parametri si discostino dai valori di esercizio predefiniti. I rack, opportunamente configurati, realizzano delle stringhe connesse al quadro ausiliari che contentiene gli interruttori generali DC, i circuiti di precarica in capo agli inverter e i circuiti ausiliari dell’impianto di accumulo [figura 5].
Il sistema di accumulo è stato suddiviso in due sottosistemi della potenza di 1 MW e una capacità di circa 1 MWh, ciascuno dei quali collocato all’interno di uno shelter metallico (figura 9) equipaggiato di impianto HVAC per il controllo della temperatura e di un sistema di spegnimento incendio a gas inerte HFC-227ea a saturazione totale.
Il Sistema di Condizionamento della Potenza (PCS) da 2 MVA presenta un uscita a 300 Vac (3F+N) ed è costituito da 16 moduli inverter power stack in ridondanza N-1, ovvero in caso di guasto di un singolo modulo è possibile ottenere la potenza di 2 MW con i restanti moduli, anche nel caso più sfavorevole in cui la tensione di rete dovesse raggiungere il minimo consentito (Vn-10%). Il I set-point e le impostazioni sono stati governati dalle due centraline dell’inverter attraverso un bus di campo collegato ad un PLC esterno. In sostanza, il PLC controlla e comanda separatamente le centraline in modo da poter gestire i due inverter distintamente. L’utente può tuttavia controllare il sistema storage come se fosse un unico sistema da 2 MVA.
A valle del PCS è collegato un trasformatore in resina a tre avvolgimenti (2500 MVA, 20/0,3/0,3 kVA, con connessione Dyn11yn11) e una conduttura in cavo MT dedicata. La sbarra a 20 kV è poi collegata alla rete AT a 150 kV mediante un trasformatore elevatore MT/AT a neutro varabile da 150/20kV 20/25MVA. Per la misura dell’energia prodotta dall’impianto eolico e dell’energia scambiata dal sistema di accumulo sono stati impiegati n.2 contatori fiscali ad inserzione indiretta.
Sistema di controllo e interfacciamento in rete
I servizi di impianto richiesti al sistema e implementati dal sistema di controllo specificatamente progettato sono stati il servizio di arbitraggio energetico e quello dei servizi ancillari da garantire alla rete.
La rete vede un’unica unità produttiva (UP) la cui potenza nominale è quella dell’impianto rinnovabile.
A livello locale, la supervisione e il controllo della configurazione impianto + batteria sono delegati alla componente master scada [figura 6]. Schema a blocchi sistema di controllo. Interagendo con i sistemi scada della batteria e dell’impianto di produzione il master scada governa il flusso di dati e attiva i vari servizi implementati a livello hardware e software.
In generale, il master scada è responsabile di:
- acquisire e distribuire alle altre componenti le grandezze rilevate dagli scada di impianto e batteria;
- regolare l’attuazione dei servizi richiesti nella componente di “Driver servizi impianto” e “Driver servizi batteria” secondo le priorità e le logiche concordate con la committenza;
- acquisire e distribuire alle altre componenti i dati provenienti dai servizi centralizzati gestiti dalla committenza;
- trasmettere a livello centrale i dati memorizzati provenienti dalle componenti di impianto;
- monitorare in tempo reale il funzionamento del sistema e determinare le eventuali azioni di controllo da inviare sugli scada di impianto e di batteria in caso di anomalie;
- interfacciarsi, ove previsto, con il Gestore di Rete per le informazioni richieste (Codice di Rete – Terna);
- interfacciarsi con l’hardware presente in impianto e dedicato ai servizi di regolazione;
- garantire la possibilità al fornitore del sistema BESS di monitorare da remoto (tramite interfaccia proprietaria del fornitore delle batterie) il parco batterie nell’ambito di un contratto di global service di O&M.
- monitorare e storicizzare tutti i dati al fine di migliorare in itinere la capacità di telecontrollo.
Allo scopo di sfruttare a pieno la potenzialità della tecnologia agli ioni di litio, il sistema ESS è stato impostato per implementare molteplici servizi.
Servizi ancillari:
- Regolazione di frequenza.
- Capability – scambio di potenza reattiva;
- Islanding – fornitura di servizi ausiliari in caso di disconnessione automatica dalla rete e possibilità di fornitura locale;
- Black start – partecipazione al ripristino del sistema da emergenza o blackout allo stato normale.
Servizi Energy Management:
- Controllo dello sbilanciamento – capacità di minimizzare lo sbilanciamento dell’energia oggetto di dispacciamento rispetto al range prefissato;
- Energy Time Shift – capacità di ritardare il dispacciamento di energia prodotta;
- Energy Peak Shaving – capacità di limitare i picchi di generazione da rinnovabile.
