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Microrete di Macchiareddu: ottimizzare la gestione dell’energia con l’integrazione dei veicoli elettrici

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L'intervento degli esperti della Piattaforma Energie Rinnovabili di Sardegna Ricerche in occasione dell'evento "Vehicle-to-Grid: l'integrazione della mobilità elettrica nelle microreti" che si è tenuto il 24 ottobre 2019 a Cagliari.

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Microrete di Macchiareddu: ottimizzare la gestione dell’energia con l’integrazione dei veicoli elettrici

  1. 1. Vehicle-to-Grid: l'integrazione della mobilità elettrica nelle microreti Cagliari, 24 Ottobre 2019 Implementazione del V2G nella microrete - Piattaforma Energie Rinnovabili di Sardegna Ricerche
  2. 2. Malgorzata Gawronska – Sardegna Ricerche 24 Ottobre 2019 WP3 - Analisi di “Smart Grid” in ambito comunale e in ambito industriale WP1 - Animazione WP2 - Microrete di Macchiareddu WP4 - Programma Microgrid per imprese Il Progetto Complesso
  3. 3. Malgorzata Gawronska – Sardegna Ricerche 24 Ottobre 2019 WP3 - Analisi di “Smart Grid” in ambito comunale e in ambito industriale WP1 - Animazione WP2 - Microrete di Macchiareddu WP4 - Programma Microgrid per imprese Il Progetto Complesso
  4. 4. Malgorzata Gawronska – Sardegna Ricerche 24 Ottobre 2019 Configurazione della microrete di Macchiareddu Attività di Ricerca e Sviluppo WP2 - Microrete di Macchiareddu Microrete dimostrativa Generazione distribuita Sistemi di accumulo Gestione e controllo Bilanciamento della domanda Integrazione della mobilità elettrica nella microrete con il V2G Valutazione dell’utilizzo del Biogas per l’alimentazione di SOFC Integrazione della microrete con accumulo chimico (biometano, idrogeno) Sistemi di accumulo termico per il supporto della microrete
  5. 5. Malgorzata Gawronska – Sardegna Ricerche 24 Ottobre 2019 Microrete di Macchiareddu - profili di consumo Giornata lavorativa Giornata festiva
  6. 6. Malgorzata Gawronska – Sardegna Ricerche 24 Ottobre 2019 Microrete di Macchiareddu - generazione elettrica (situazione attuale) Fotovoltaico tradizionale FALDA SUD EST Tipologia modulo P singolo modulo [W] P [kW] 60 amorfo 86 5,16 24 monocristallino 215 5,16 Potenza totale falda 10,32 FALDA SUD OVEST Tipologia modulo P singolo modulo [W] P [kW] 60 amorfo 86 2,58 27 monocristallino 215 5,81 Potenza totale falda 8,39
  7. 7. Malgorzata Gawronska – Sardegna Ricerche 24 Ottobre 2019 Microrete di Macchiareddu - generazione elettrica (situazione attuale) Fotovoltaico a concentrazione Potenza nominale 6,2 kW 90 moduli CPV Celle a tripla giunzione Inseguitore biassiale Accuratezza 0,1° Sistema di controllo Algoritmo misto Sistema essiccamento ad aria Attivato quotidianamente
  8. 8. Malgorzata Gawronska – Sardegna Ricerche 24 Ottobre 2019 Microrete di Macchiareddu - sistemi di accumulo (situazione attuale) Batteria LiFePO Energia 9,6 kWh Max P output 4,9 kW Numero batterie 2 Batteria LiFePO «LG Chem» Energia 6,4 kWh Max P output 4,2 kW Numero batterie 3 Batteria So-Nick Energia 23,5 kWh Max P output 30 kW Numero batterie 1
  9. 9. Malgorzata Gawronska – Sardegna Ricerche 24 Ottobre 2019 Microrete di Macchiareddu - ampliamento delle infrastrutture Realizzazione programmata per il Novembre / Dicembre 2019 IMPIANTO FOTOVOLTAICO «FV4» Silicio monocristallino 48 moduli da 360 W P totale campo 17,3 kWp IMPIANTO FOTOVOLTAICO «FV3» Silicio monocristallino 36 moduli da 225 W P totale campo 8,1 kWp SISTEMA DI ACCUMULO ELETTRICHIMICO 3 batterie Tecnologia: ioni di litio Energia totale: 36 kWh
  10. 10. Malgorzata Gawronska – Sardegna Ricerche 24 Ottobre 2019 Microrete di Macchiareddu - ampliamento delle infrastrutture • Serbatoio GPL • Metano (Impianto digestione anaerobica) IMPIANTO SOFC (Solid Oxide Fuel Cells) 6 celle 9 kW elettrici costanti ? ALIMENTAZIONE
  11. 11. Malgorzata Gawronska – Sardegna Ricerche 24 Ottobre 2019 Microrete di Macchiareddu - Implementazione del V2G • Realizzazione di sistemi di gestione e controllo in modalità V2G di veicoli elettrici; • Utilizzo di veicoli elettrici in dotazione a Sardegna Ricerche per sperimentare gli effetti sulla microrete; • Realizzare, secondo opportuni profili, la ricarica della batteria del veicolo; • Utilizzare il supporto della batteria del veicolo alla gestione della microrete. Generazione Carichi Accumulo Microrete dimostrativa VEICOLI AZIENDALI 2 Toyota Prius (ibrida) 2 Smart Electric Drive (elettrica) 1 Nissan Leaf (elettrica) SISTEMA DI GESTIONE E CONTROLLO
  12. 12. Malgorzata Gawronska – Sardegna Ricerche 24 Ottobre 2019 Microrete di Macchiareddu - Implementazione del V2G  Obiettivo del progetto: Utilizzo dei veicoli elettrici per ottimizzare la gestione delle microreti  Risultati attesi dal progetto: • sperimentazione di modelli di gestione delle microreti basati sui paradigmi V2G; • validazione dei modelli V2G attualmente disponibili; • verifica sperimentale di innovativi algoritmi di gestione della ricarica dei veicoli.
  13. 13. Malgorzata Gawronska – Sardegna Ricerche 24 Ottobre 2019 Microrete di Macchiareddu - Implementazione del V2G Generazione Carichi Accumulo Microrete dimostrativa SISTEMA DI GESTIONE E CONTROLLO Banco prova per la propulsione elettrica + Batteria al litio SISTEMA DI CONVERSIONE ELETTRICA
  14. 14. 24 Ottobre 2019 Caratteristiche del Sistema Rete Elettrica Trifase Motore Elettrico Batteria al Litio Struttura del sistema di controllo Piattaforma sperimentale che permetta di gestire il flusso multi-direzionale di potenza tra la rete elettrica, un motore elettrico e un sistema di accumulo Struttura completamente aperta Validare e testare il paradigma del V2G Esplorare nuovi paradigmi quali ad esempio il V2B V2H V2V Mauro Boi – DIEE-Università di Cagliari
  15. 15. 24 Ottobre 2019 Rete Elettrica Trifase Motore Elettrico Batteria al Litio AC/DC NPC DC/AC DC/DC DAB DC/DC Sistema di condizionamento elettronico dell’energia Mauro Boi – DIEE-Università di Cagliari Auto elettrica
  16. 16. 24 Ottobre 2019 Rete Elettrica Trifase Batteria al Litio Flusso di potenza: Ricarica da rete AC/DC NPC DC/DC DAB DC/DC Mauro Boi – DIEE-Università di Cagliari
  17. 17. 24 Ottobre 2019 Rete Elettrica Trifase Batteria al Litio Flusso di potenza: Applicazione del paradigma V2G AC/DC NPC DC/DC DAB DC/DC Mauro Boi – DIEE-Università di Cagliari
  18. 18. 24 Ottobre 2019 Batteria al Litio Flusso di potenza: Simulazione cicli di guida DC/DC DAB DC/DC Motore Elettrico Altri elementi del sistema Giunto Motore Elettrico Carico elettronico rigenerativo Cicli di guida Sistema di controllo Mauro Boi – DIEE-Università di Cagliari
  19. 19. 24 Ottobre 2019 Batteria al Litio Flusso di potenza: Recupero in frenata DC/DC DAB DC/DC Motore Elettrico Altri elementi del sistema Giunto Motore Elettrico Sistema di controllo Mauro Boi – DIEE-Università di Cagliari Carico elettronico rigenerativo Cicli di guida
  20. 20. 24 Ottobre 2019 Caratteristiche del motore elettrico Caratteristica Valore Unità Velocità nominale 2500 rpm Corrente di picco 131 A Coppia di picco 215 Nm Tensione max alimentazione 480 V Coppia nominale 41,6 Nm Potenza nominale 10,89 kW Corrente di arresto 34 A Coppia di arresto 67,8 Nm Mauro Boi – DIEE-Università di Cagliari
  21. 21. 24 Ottobre 2019 Caratteristiche del sistema di accumulo Caratteristica Valore Unità Chimica della cella LiFePO Capacità 200 Ah Tensione minima 64 (± 2) V Tensione nominale 74 (± 2) V Tensione massima 84 (± 2) V C-rate carica continua 200 A C-rate scarica continua 600 A C-rate scarica picco (5 sec) 800 A Mauro Boi – DIEE-Università di Cagliari
  22. 22. 24 Ottobre 2019 Mauro Boi – DIEE-Università di Cagliari Sistema di convertitori AC/DC NPC DC/DC Sistema di controllo Filtri di Uscita
  23. 23. 24 Ottobre 2019 Flusso bidirezionale della potenza Controllo sia in tensione che in corrente Altissima efficienza Isolamento galvanico dalla rete Adatto per applicazioni interleaved Mauro Boi – DIEE-Università di Cagliari Dual Active Bridge: schema a blocchi
  24. 24. 24 Ottobre 2019 Monitoraggio e il controllo di ciascun convertitore costituente il sistema Algoritmi sviluppati sia con il linguaggio C++ sia in ambiente Matlab/Simulink Ottimizzazione successiva in VHDL La comunicazione tra il sistema di controllo e l’ hardware avviene attraverso un supporto in fibra ottica Il controllo dovrà essere di basso livello sino alla gestione dei tempi di modulazione degli interruttori dei convertitori Sistema di controllo Mauro Boi – DIEE-Università di Cagliari Gestire i profili di carica dell’auto e utilizzare la batteria del veicolo in accordo con le necessità dell’algoritmo di gestione e controllo della microrete
  25. 25. 24 Ottobre 2019 Grazie per l’attenzione Malgorzata Gawronska Sardegna Ricerche Piattaforma Energie Rinnovabili gawronska@sardegnaricerche.it Mauro Boi Università degli Studi di Cagliari - DIEE mauro.boi@unica.it

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