Sviluppo, messa a punto e sperimentazione di un sistema combinato batterie al litio-ferro-fosfato/FER per applicazioni in bassa tensione. Report 2 -Test e prove di funzionamento, anche in connessione con la rete elettrica di distribuzione.

Il presente documento costituisce il report dell’attività svolta nel periodo aprile - settembre 2013 avente per oggetto: “Sviluppo, messa a punto e sperimentazione di un sistema combinato batterie al litio-ferrofosfato/FER per applicazioni in bassa tensione”. Nel corso di tale attività, sono state eseguite molteplici prove in condizioni reali di funzionamento, integrando il sistema sviluppato (comprendente il pacco-batterie al litio-ferro-fosfato per una capacità complessiva di 16 kWh e l’insieme degli apparati di interfaccia - di potenza e di segnale - di controllo e di protezione), in una rete elettrica di distribuzione di bassa tensione attualmente in esercizio, al fine di verificare sperimentalmente sul campo l’operatività delle funzioni di protezione e comunicazione implementate. Nel presente Report: - è descritta la rete alla quale è stato collegato il dispositivo per l’esecuzione dei test e delle prove sperimentali; - sono elencati i test e le prove eseguite; - sono riportate le modalità di esecuzione dei test e delle prove; - è descritto e testato un nuovo algoritmo di gestione del sistema di controllo del dispositivo di accumulo; - sono riportati i risultati dei test e delle prove. Le attività sono state condotte in sinergia con il personale tecnico di ENEA e con la collaborazione dell’azienda Layer Electronics s.r.l. di Erice (TP)

Sviluppo, messa a punto e sperimentazione di un sistema combinato batterie al litio-ferro-fosfato/FER per applicazioni in bassa tensione. Report 1 –Sviluppo sperimentale e perfezionamento degli apparati di controllo e comunicazione.

Il presente documento costituisce il report dell’attività svolta nel periodo ottobre 2012 – marzo 2013 avente per oggetto: “Sviluppo, messa a punto e sperimentazione di un sistema combinato batterie al litioferro-fosfato/FER per applicazioni in bassa tensione”. L’attività s’inquadra come avanzamento delle ricerche svolte nel corso di collaborazioni precedenti con lo sviluppo sperimentale e la realizzazione prototipale di un sistema di controllo ed interfaccia verso la rete di un sistema combinato di accumulo elettrico-generazione FER, della taglia di 20 kW, progettato per applicazioni in bassa tensione tali da consentire l’implementazione di funzionalità innovative improntate al modello “smart” (di tipo Virtual PowerPlant, Demand Response, ect.). Il sistema, progettato e realizzato per operare sia in base a logiche di controllo locale, sia in risposta a segnali di controllo da remoto provenienti dal gestore della rete di distribuzione e/o dal mercato, è dotato di una doppia interfaccia, verso il sistema di potenza e verso i sistemi di telecomunicazione, in entrambi i casi con caratteristiche di bidirezionalità dei flussi (di potenza e di dati). Nel corso della precedente annualità (PAR 2011), sul sistema sviluppato è stata già svolta una campagna di test condotti in laboratorio utilizzando un sistema di accumulo elettrochimico di tipo tradizionale (batterie al piombo). L’attività svolta nella presente annualità ha avuto come obiettivo precipuo l’integrazione nell’apparato di un sistema di accumulo al litio (in sostituzione delle batterie al piombo) con il perfezionamento e la messa a punto, attraverso una campagna di test sperimentali, dell’intero sistema (logico e fisico) di controllo dell’apparato secondo il modello MASs (Multi Agent Systems), integrando i controllori delle unità costituenti il sistema di power conditioning, l’unità di controllo del sistema di protezione d’interfaccia e di comunicazione verso la rete e il BMS (Battery Management System) del pacco batterie. Più in particolare, l’attività di ricerca del DEIM si è articolata in due fasi successive. Nel corso della prima fase, l’attività ha riguardato l’integrazione fisica e funzionale, nel sistema ibrido accumulo-FER, di un pacco batterie costituito da 250 celle al litio-ferro-fosfato (per una capacità complessiva di 16 kWh). A tal fine è stato necessario procedere allo sviluppo hardware e software degli apparati di interfaccia e comunicazione tra i controllori delle unità costituenti il sistema di power conditioning, l’unità di controllo del sistema di protezione d’interfaccia e di comunicazione verso la rete e il BMS (Battery Management System) delle batterie al litio. Il presente documento riporta i risultati di tale attività. Nel corso della seconda fase, oggetto di un successivo report, si relazionerà sui test e le prove a cui il sistema sviluppato sarà soggetto. Le attività di cui al presente report sono state condotte in sinergia con il personale tecnico di ENEA e con la collaborazione dell’azienda Layer Electronics s.r.l. di Erice (TP)

Analisi e definizione di strategie di gestione e controllo di sistemi di accumulo elettrico per applicazioni in reti di distribuzione attive automatizzate Report 1 – Analisi dello stato dell’arte

Il presente Report riferisce sui contenuti e sui risultati della prima fase delle attività svolte nell’ambito della ricerca dal titolo: “Analisi e definizione di strategie di gestione e controllo di sistemi di accumulo elettrico per applicazioni in reti di distribuzione attive automatizzate”, oggetto dell’Accordo di Collaborazione tra ENEA e DIEET sottoscritto nel corso del 2011. Nel corso della prima fase delle attività, a partire da un inquadramento generale dei diversi tipi di accumulo di energia elettrica (elettrochimico, meccanico ed elettrico), è stata condotta un’analisi preliminare su metodologie, sistemi d’interfaccia e tecniche di controllo dei sistemi di accumulo, in una visione il più possibile integrata con le esigenze “di sistema”, ovvero in relazione ai principali aspetti che nei prossimi anni caratterizzeranno il funzionamento delle reti di distribuzione e dei loro diversi componenti/sottosistemi, nell’ottica di transizione verso infrastrutture elettriche efficienti, flessibili, dinamiche ed interattive. Tra tali aspetti, in relazione al contesto generale della ricerca, è stato analizzato in particolare il possibile ruolo dei sistemi di accumulo per: - favorire l’integrazione di generazione di energia da fonti rinnovabili contribuendo a risolvere alcune criticità nei servizi di regolazione della tensione e della frequenza della rete; - contribuire ad elevare i livelli di qualità del servizio elettrico; - partecipare ad una gestione ottimale, in termini tecnico-economici, di tutte le risorse di rete: fonti energetiche, unità di accumulo e carichi (implementando idonei programmi di demand-response). Le attività sono state condotte in sinergia con il personale tecnico di ENEA e sono state svolte prevalentemente all’interno dei locali e dei laboratori del DIEET di Palermo

Flexibility Services to Minimize the Electricity Production from Fossil Fuels. A Case Study in a Mediterranean Small Island

The design of multi-carrier energy systems (MES) has become increasingly important in the last decades, due to the need to move towards more efficient, flexible and reliable power systems. In a MES, electricity, heating, cooling, water and other resources interact at various levels, in order to get optimized operation. The aim of this study is to identify the optimal combination of components, their optimal sizes and operating schedule allowing minimizing the annual cost for meeting the energy demand of Pantelleria, a Mediterranean island. Starting from the existing energy system (comprising diesel generators, desalination plant, freshwater storage, heat pumps and domestic hot water storages) the installation of solar resources (photovoltaic and solar thermal) and electrical storage were considered. In this way, the optimal scheduling of storage units injections, water desalination operation and domestic hot water production was deduced. An energy hub model was implemented using MATLAB to represent the problem. All equations in the model are linear functions, and variables are real or integer. Thus, a mixed integer linear programming algorithm was used for the solution of the optimization problem. Results prove that the method allows a strong reduction of operating costs of diesel generators also in the existing configuration

Inseguitori solari: diverse tipologie e analisi tecnico-economica

L’utilizzo di strutture di sostegno ad inseguimento, nella realizzazione di impianti fotovoltaici, permette di ottenere un considerevole aumento dell’energia elettrica prodotta dagli stessi impianti. L’incremento di producibilità dipende dalla tipologia di inseguitore considerata (monoassiale o biassiale) ed, in misura minore, dalla località del sito d’installazione dell’impianto fotovoltaico. Nel presente testo, dopo aver preso in rassegna le diverse tipologie di strutture ad inseguimento, descrivendone le configurazioni strutturali, le tipologie di comando ed i meccanismi di movimentazione, viene svolta un’analisi di producibilità in funzione della latitudine del sito d’installazione dell’impianto fotovoltaico. I valori di producibilità vengono infine utilizzati per effettuare una valutazione tecnico-economica delle diverse tipologie di inseguitori, tenendo conto del sistema di incentivazione attualmente vigente nel territorio italiano

Economic analysis of different supporting policies for the production of electrical energy by solar photovoltaics in western European Union countries

Within various renewable energy technologies, photovoltaics (PV) today attracts considerable attention due to its potential to contribute a major share of renewable energy in the future. However, PV market development is, undoubtedly, dependent on the political support of any given country. In this paper, after a brief analysis of national support policies in PV technology in western European Union (EU) countries, the authors perform an economic analysis of the main support mechanisms as implemented in the same countries, based on the calculation of the cash flow, the Net Present Value (NPV) and the Internal Rate of Return (IRR) indices. The analysis shows that in some situations support policies can be inconvenient for the owner of the PV-based generation system and that, in many cases, the differences between the implementation of the same support policy in different countries, can give rise to significantly different results. The analysis carried out in this work could help: • to assess the impact of PV energy policies in different western European member states; • renewable energy companies to identify potential PV markets and investigate the policy landscape across western EU countries

Stationary battery technologies in the U.S.: Development Trends and prospects

In the last years, stationary battery systems started to attract the attention of stakeholders thanks to their unique ability to decouple power generation and load over time, providing the ancillary services necessary for the stability and the reliability of the electrical system. This is especially true in the presence of high levels of penetration of renewable energy technologies, like wind and solar photovoltaic (PV), because of increased fluctuations in the electricity produced by these renewable sources. Despite the growing interest in energy storage technologies, the academic literature has not completely assessed the development trends of this sector. In order to fill this gap, this study strives to address the trends in the spread of stationary battery systems within the U.S. territory. First, the U.S. policy legislation within the different U.S. states is reviewed, with particular emphasis on support policies put in place in the different states. Second, based on the analysis of the Department of Energy (DOE) Energy Storage Database, the main trends in battery systems installations within the U.S. are identified and presented in this paper, with reference both to the viable use cases and to the main electrochemical technologies currently spread in the storage market. The analysis carried out in this work could help stakeholders to assess the impact of energy storage policies in the different U.S. states, identifying the future trends and the most promising markets within the U.S. territory

ECONOMIC ANALYSIS OF SUPPORT POLICIES IN PHOTOVOLTAIC SYSTEMS: A COMPARISON BETWEEN THE TWO MAIN EUROPEAN MARKETS

The development of the photovoltaic (PV) sector in the last decade was spurred by the implementation of various support strategies aimed at reducing the gap between PV energy cost and the energy price for conventional generation. The deployment of support policies has pushed the reduction of PV energy costs, but despite this PV is still not very competitive and its development still requires adequate support mechanisms, simple grid connection procedures, and so on. This chapter provides a technical-economic analysis of investments in PV systems, evaluating the positioning of the main European markets (Germany and Italy), with the purpose of highlighting the main differences in the implementation of support policies in the two top countries. Several case studies are examined, differentiated in relation to the rated power (from 3 kW to 1 MW) and the type of plant (ground-mounted and rooftop PV systems). The profitability indexes in terms of the payback period (PBP), net present value (NPV) and the internal rate of return (IRR) are evaluated throughout the reference period. The chapter is expected to be very useful for policy makers, energy producing industries and national Governments to estimate the profitability of PV investments in the two selected countries, predicting how the PV sector will evolve in each of the two EU states

Stationary battery systems in the main world markets: Part 1: Overview of the state-of-the-art

The role of energy storage systems (ESSs) is becoming more and more important in modern power grids, mainly because of the higher penetration of intermittent renewable energy sources (RESs), such as solar and wind power, spurred by advantageous support policies carried out in several countries. The fluctuation nature of the energy produced by RESs is indeed leading to emerging power quality issues or to renewable curtailments. ESSs can be used to balance generation and demand of electricity over time, allowing a higher penetration of RESs into the power network. The energy storage industry is evolving rapidly, and new electrochemical technologies are entering the market. Besides, most electrochemical technologies have a high cost reduction potential and they will probably attract more and more attention in the scientific, industrial and political context. This paper is the first of a two part series, aiming to provide an overview of stationary battery systems in the major world markets, identifying the ESS technologies most widely used in each storage market. In this first paper, an overview of the state-of-the-art in electrochemical storage systems is provided and the positions of some world markets on the development of ESSs is shown. Furthermore, a description of the main ESS technologies used in stationary applications is carried out and the main trends are also identified, with reference to the main electrochemical technologies currently spread in the main world markets. This has been done analyzing the U.S. Department of Energy (DOE) storage database, containing details about electrochemical projects installed in each country. The analysis carried out in this work could help stakeholders to assess the impact of energy storage policies in different countries, identifying the future trends and the most promising markets around the world

Economic analysis of different supporting policies for the production of electrical energy by solar photovoltaics in eastern European Union countries

Today, photovoltaic (PV) attracts considerable interest in relation to renewable energy technologies, because of its potential to contribute significantly to the future of renewable energy. However, PV market development is related strongly to the support policies introduced by national governments, defined in national laws. The modification or fading out of such incentive schemes can strongly influence the development of the PV market in any given country. In this paper, after a brief review of national support policies in PV technology in eastern European Union (EU) countries, the authors perform an economic analysis of the main support mechanisms that are implemented in these countries. The comparative analysis is based on the calculation of the cash flow, the Net Present Value (NPV) and the Internal Rate of Return (IRR) indices. The analysis shows that in some situations, support policies can be inconvenient for the owner of the PV system and that, in many cases, the differences between the implementation of the same support policy in different countries, can give rise to significantly different results