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ENEA/UTTEI/MC/11072011/ATI-ANIMP Milano 1 1 Mario Conte Unità Tecnica Tecnologie Avanzate per lEnergia e lIndustria Unità di Coordinamento Sistemi di Accumulo.

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1 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 1 1 Mario Conte Unità Tecnica Tecnologie Avanzate per lEnergia e lIndustria Unità di Coordinamento Sistemi di Accumulo dellEnergia Trasporto e Stoccaggio dellEnergia: Come diventare Smart Milano, 11 Luglio 2011

2 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 2 2 Schema della presentazione Perché e come accumulare energia Campi di applicazione Laccumulo di energia: principi e metodi Le funzioni principali Criteri di scelta Opportunità per laccumulo nelle reti elettriche La R e S di sistemi al litio innovativi Alcune esempi di applicazioni di accumulo nelle reti elettriche Le attività sullaccumulo allENEA Prospettive di applicazione Le attività future Conclusioni

3 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 3 3 Cosa fa un sistema di accumulo? Nella FORMA (energia chimica, elettrica, meccanica, termica…..) Nel TEMPO di produzione/disponibilità da quello di uso Nello SPAZIO (luogo di produzione e di utilizzo)

4 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 4 4 I vantaggi dellaccumulo di energia

5 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 5 5 Laccumulo: una nuova dimensione nelle reti elettriche

6 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 6 6 Come accumulare energia I metodi e/o le forme di energia ENERGIA MECCANICA Sistemi di pompaggio (energia potenziale) Volani (energia cinetica) Sistemi ad aria compressa (energia di compressione od elastica) ENERGIA TERMICA Serbatoi di acqua o pietre o acquiferi Materiali a transizione di fase Pompe di calore ENERGIA ELETTRICA e ELETTROMAGNETICA Supercondensatori Magneti superconduttori ENERGIA CHIMICA/ELETTROCHIMICA Batterie Idrogeno Combustibili convenzionali e innovativi (biocombustibili, ammoniaca, ecc.)

7 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 7 7 Come accumulare energia Caratteristiche principali di alcuni tipi o metodi di accumulo

8 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 8 8 Campi di applicazione Reti elettriche convenzionali Reti elettriche del futuro prossimo (con più fonti rinnovabili e gestione smart) Trazione elettrica stradale Elettronica di consumo

9 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 9 9

10 10 Levoluzione delle reti elettriche verso soluzioni Smart IeriOggiDomani Fonte: IEA 2011

11 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 11 Le possibili localizzazioni dell accumulo Parti in rosso Caratteristiche e funzioni variano con la posizione e lapplicazione

12 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 12 Evoluzione dellaccumulo nelle reti elettriche Batterie redox a flusso Batterie avanzate FC con accumulo di idrogeno Micro SMES Volani Micro CAES Dal pompaggio di acqua a…..

13 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 13 Uso nelle reti elettriche

14 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 14 Uso nelle reti elettriche Fonte: EPRI 2008

15 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 15 Le funzioni principali dei sistemi di accumulo Energy management Generazione di picco Load following Livellamento del carico Generazione Controllo della tensione Power Quality (PQ) Affidabilità di sistema Trasmissione e distribuzione Adattamento tra produzione e carico Controllo ed integrazione in rete Riserva Fonti rinnovabili Risposta in frequenza Riserva rotante Riserva in standby Riserva a lungo termine Servizi ausiliari

16 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 16 Esempi di analisi economica delluso dellaccumulo (Studio SANDIA 2009 su 10 anni)

17 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 17 CAES (compressed air energy storage) Principio di funzionamento Laria è compressa a pressioni molto alte (35-85 bar) in caverne sotterranee a basso costo e viene successivamente utilizzata per produrre potenza di picco, facendo espandere laria accumulata in una turbina.

18 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 18 Volani (flywheels): esempi e ricerca

19 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 19 Accumulo di energia termica: esempi di accumulo di calore sensibile stagionale (acquiferi)

20 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 20 Batterie SODIO - ZOLFO PIOMBO ACIDO VANADIO REDOX A FLUSSO LITIO-IONE

21 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 21 Batterie – esempi di applicazioni Sodio - zolfo LITIO-IONE

22 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 22 Principali sistemi di accumulo dellidrogeno Sistemi di accumulo convenzionali Idrogeno compresso Serbatoi criogenici (dewar) Combustibili liquidi (metanolo, etanolo, benzina, ecc.) con reformer Sistemi di accumulo innovativi Idruri metallici Composti chimici (reversibili ed irreversibili) Nanostrutture di carbonio Nanotubi Grafite Fullerene

23 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 23 Grado di sviluppo ed applicazione di alcune tecnologie dellaccumulo di energia Fonte: Sandia (modificato) TecnologiaPotenza del sistema in MW Costo Totale in $/kW Energia in MWhNote Batteria Pb Puerto Rico In servizio dal 1992 Batteria Pb Chino In servizio dal 1988 Batteria a flusso REGENESYS Stima progettuale DS SMES Pre-serie SMES x Puerto Rico Stima Volano UPS Pre-serie Bacino di pompaggio Piastra Edolo ENEL 1020ND In servizio dal 1982

24 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 24 Il mercato mondiale attuale dei sistemi di accumulo nelle reti elettriche Fonte: Fraunhofer Institute Pompaggio acqua 99% Ni-Cd Litio Redox 35 Piombo

25 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 25 Evoluzione del mercato mondiale dei sistemi di accumulo nelle reti elettriche Fonte: Fraunhofer Institute

26 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 26 Le attività dellENEA sui sistemi di accumulo Batterie (Litio) Supercondensatori Accumulo dellidrogeno Superconduttività – SMES Interfaccia di gestione e controllo Ricerca Progettazione di massima per le applicazioni Sviluppo di procedure di prova Stazioni di prova Dimostrazioni in scala da laboratorio ed in scala relae Studi e caratterizzazione

27 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 27 Accumulo elettrochimico Ricerca e sviluppo di nuovi materiali per Batterie al piombo Batterie al litio innovative Supercondensatori elettrochimici Ricerca e sviluppo di liquidi ionici per vari sistemi di accumulo

28 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 28 Accumulo elettrochimico per le reti elettriche Ricerca e sviluppo di nuovi materiali per Nuovi materiali catodici ed anodici Benckmarking batterie commerciali Second life batterie al litio Dimostrazioni

29 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 29 Una batteria al litio per una funicolare Lapplicazione alla Funicolare di Bergamo u Recupero dellenergia in frenata u Livellamento del carico di potenza u Riserva di energia e potenza in emergenza u Una batteria completa da 100 kW and 17,5 kWh è stata progettata ed acquistata.

30 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 30 Carro-ponte con laggiunta di un sistema di accumulo (supercondensatori) – Prove al banco Il massimo risparmio ottenibile dallaggiunta di un pacco di supercondensatori elettrochimici è stato del 31% di energia elettrica rispetto al sistema senza supercondensatori.

31 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 31 Laboratori di prova di sistemi di accumulo Sistema di laboratori integrati u Stazioni di prova per batterie fino a 450 V e 600 A. u Stazione di prova per supercondensatori u Camere climatiche per prova di componenti a temperatura controllata (da -40 °C a +100 °C) Ciclatori per batterie Camera climatica Stazione prova SCCiclatori per celle

32 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 32 Conclusioni Laccumulo di energia svolge un ruolo fondamentale nellottimizzazione e nellutilizzo di fonti convenzionali e rinnovabili nelle reti elettriche I metodi per accumulare energia sono molteplici ed implicano diversi aspetti scientifici e tecnologici, nonché economici, vantaggiosi per le reti elettriche (anche in ottica Smart Grids) Laccumulo può risultare una risorsa energetica aggiuntiva pur non essendo un fonte di energia, perché consente di rendere disponibile lenergia dove, come e quando si vuole. LENEA mette a disposizione risorse umane e strumentali ed unesperienza ventennale per la ricerca, lo sviluppo, lo studio e la caratterizzazione di sistemi di accumulo per le diverse applicazioni.

33 ENEA/UTTEI/MC/ /ATI-ANIMP Milano 33 Per maggiori informazioni Ringrazio per la cortese attenzione!!!


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