Impianti idroelettrici per l’accumulo dell’energia – Dodicesimo incontro Mercoledì della Ricerca

MdR12Mercoledì 7 maggio 2013 si è tenuto il dodicesimo incontro del Mercoledì della
Ricerca con la partecipazione della professoressa Giovanna Cavazzini del
Dipartimento di Ingegneria Industriale (DII). Gli argomenti di ricerca
attualmente seguiti dal gruppo Macchine e sistemi energetici sono dettati
dal più ampio progetto EERA [1] (European Energy Research Alliance) il cui scopo è
favorire il raggiungimento degli obiettivi della direttiva 20/20/20 [2]. Al fine di
incrementare ulteriormente la generazione da fonti rinnovabili soggette ad
intermittenza e non programmabilità (per la maggiore fotovoltaico ed eolico)
senza compromettere la stabilità delle reti di trasmissione e distribuzione è
necessario disaccoppiare la produzione di energia elettrica dal suo utilizzo
accumulandola in altre forme di facile e immediato utilizzo. Attulmente le due
teconologie economicamente e tecnologicamente più sfruttabili sono
l’elettrochimico e l’idroelettrico di pompaggio. L’idroelettrico per pompaggio
è al giorno d’oggi realizzato mediante due bacini artificiali a cielo aperto
separati da un salto geodedico ma si è ipotizzano anche impianti in cui il
bacino a valle sia il mare o bacini sotterranei. L’attività di ricerca inerente
gli impianti idroelettrci di accumulo si divide in due parti: la gestione degli
impianti in un sistema elettrico liberalizzato e le macchine idrauliche
reversibili a giri variabili. La nuova gestione degli impianti deve considerare
due grandi trasformazioni del sistema elettrico: il passaggio da una generazione
centralizzata a distribuita e da un sistema monopolistico verticalmente
integrato a un sistema disaggregato di libero mercato. Il primo aspetto ha
portato a un completo ripensamento della funzione dell’accumulo idroelettrico
che era storicamente utilizzato per la gestione di pochi grandi impianti
termoelettrici e termonucleari la cui elevata inerzia impediva una veloce
risposta alle variazioni dei carichi di rete; oggiggiorno l’accumulo è
necessario per gestire una generazione altamente variabile e distribuita su
tutto il territorio con flussi bidirezionali ed eventulmente in isola rispetto
alla rete di trasmissione. Il secondo aspetto è legato alla necessità di trovare
una forma di remunerazione degli impianti a pompaggio (i quali necessitano di
elevati investimenti iniziali ma hanno bassi costi di gestione) in un sistema di
libero mercato; attualmente la remunerazione avviene mediante il profitto
derivato dal differenziale di prezzo nel Mercato del Giorno Prima (MGP) [2] in cui
l’energia elettrica viene acquistata quando ha un basso prezzo di mercato e poi
rivenduta quando il prezzo di mercato è alto, oppure nel Mercato dei Servizi di
Dispacciamento (MSD) nel quale il gestore di rete acquista la capacità di
riserva necessaria alla gestione istantanea della rete (ad esempio il gestore di
rete potrebbe richiedere il pompaggio quando sulla rete vi sia un eccesso di
produzione legata al fotovoltaico che ha priorità di dispacciamento). In futuro
si prevede una riduzione del differenziale di prezzo e quindi per la
realizzazione di nuovi impianti in regime di libero mercato sarà necessario
puntare al MSD e a futuri mercati in via di creazione come il Mercato
dell’Accumulo. Per ottimizzare l’uso del impianto in uno di questi mercati (o in
più di essi contemporaneamente) sono in via di sviluppo algoritmi matematici nel
tentativo di realizzare previsioni degli andamenti futuri dei mercati sempre più
accurate. Lo sviluppo di macchine reversibili a giri variabili si inserisce
nell’ottica di questo nuovo uso degli impianti di pompaggio: le macchine
tradizionali sono progettate per avere una velocità di funzionamento fissa e
quindi non ottimali per la regolazione mentre una macchina che possa funzionare
correttamente in un ampio intervallo di velocità permetterebbe sia la
possibilità di offrire un servizio di regolazione più granulare e quindi di
acquistare fette maggiori di mercato sia limitare le interruzioni ed avviamenti
della macchina matenendo il parallelo con la rete e variando la potenza
scambiata con essa, in questo modo si ridurrebbero le sollecitazioni meccaniche
alla macchina evitano i costi connessi all’avviamento da ferma della macchina.
Per ora la variazione di velocità accettabile è ancora limitata al 7% e quindi
la ricerca punta a comprendere quali siano i fenomeni limitanti; in questo
ambito il gruppo Macchine e sistemi energetici ha realizzato simulazioni
numeriche ed esperimenti con l’innovativo approccio acustico su una
turbina. Il metodo acustico consiste nel determinare mediante
microtrasduttori di pressione posti sulla turbina le frequenze di utilizzo a cui
si manifestano fluttuazioni di pressione sul componente
e le conseguenti varizioni della prevalenza che rendono instabile il
funzionamento della macchina.

Note:
[1] http://www.eera-set.eu/
[2] http://eur-lex.europa.eu/LexUriServ/LexUriServ.do?uri=CELEX:32009L0028:EN:NOT
[3] Per una breve introduzione si veda http://www.mercatoelettrico.org/It/Mercati/MercatoElettrico/IlMercatoElettrico.aspx

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