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SISTEMI DI ACCUMULO DELL’ENERGIA ELETTRICA

30/04/2020
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Il contributo del CEI CT 120 allo sviluppo dei progetti e delle norme internazionali.

Giorgio Crugnola, Presidente CEI CT 120
Roberto Nicolini, Segretario CEI CT 120

Il Comitato Tecnico 120 del CEI, come gli equivalenti Technical Committee a livello europeo del CENELEC e a livello internazionale dell’IEC, tratta la normativa nel campo dei sistemi di accumulo di energia integrati nella rete elettrica. Si concentra cioè sugli aspetti del sistema, non sui singoli dispositivi, e sull’interazione tra i sistemi di accumulo e il sistema elettrico in generale. Tratta in particolare le applicazioni per reti di trasmissione e di distribuzione, reti industriali, del terziario e residenziali, reti isolate, etc. ivi incluse le “smart grid”.

I sistemi di accumulo dell’energia elettrica (EES) comprendono ogni tipo di sistema connesso alla rete elettrica che, indipendentemente dalla tecnologia di accumulo impiegata, può sia immagazzinare energia elettrica (dalla rete stessa o da qualsiasi altra fonte) sia fornire energia elettrica alla rete (Nota 1).

Gli esperti del CT italiano partecipano attivamente ai lavori dei 5 Working Group (WG) esistenti a livello IEC che trattano degli aspetti di Terminologia, Parametri Unitari e Metodi di Prova, Pianificazione e Installazione, Aspetti Ambientali, Aspetti di Sicurezza.

È inoltre attivo il JWG 10 (Joint Working Group con i TC 8 e TC 82) relativo alla Connessione delle risorse distribuite (DER) alla rete elettrica.

Contesto e attività

La crescente consapevolezza della necessità di contenere i cambiamenti climatici attraverso una maggiore sostenibilità ambientale di tutte le attività umane a livello globale, comporta la definizione di obiettivi di de-carbonizzazione dei settori di utilizzo dell’energia da fonte fossile maggiormente responsabili della produzione di CO2, quali gli edifici, i trasporti e la produzione di energia elettrica. In particolare per quest’ultima, grazie ad opportune politiche energetiche attuate in molti Paesi, si sta fortunatamente assistendo ad un continuo incremento della quota di produzione da energie rinnovabili come il fotovoltaico e l’eolico. Queste fonti hanno la caratteristica di non essere programmabili (anche se sempre meglio prevedibili) e il loro sviluppo ha determinato un estremo interesse per i sistemi di accumulo dell’energia elettrica, il cui mercato è in costante e forte crescita.

Tale spinta richiede un quadro normativo che ne regoli tutti gli aspetti di operatività e di interazione con il sistema elettrico, nonché quelli legati alla sicurezza e alla compatibilità ambientale.

I sistemi EES sono caratterizzati da dimensioni, capacità, livelli di tensione anche molto differenti tra loro e possono svolgere diverse funzioni: dal supporto alla stabilità della rete elettrica alla fornitura di servizi di rete, dall’energy time-shift al mantenimento dell’equilibrio tra domanda e offerta di energia elettrica, dalla massimizzazione dell’autoconsumo al mantenimento delle reti in isola o al black-start o più in generale al miglioramento dell’affidabilità della rete elettrica.

Si stanno affermando a livello mondiale modelli di generazione elettrica da fonti rinnovabili, dell’ordine di grandezza del GW, accoppiati a sistemi di accumulo di taglie comprese tra le centinaia di MWh e il GWh, capaci di sostituire completamente le tecnologie tradizionali e di fatto del tutto analoghe per performance ed economicità ad una centrale di produzione programmabile.

Al di là della necessità di introdurre un mix con maggior penetrazione da rinnovabili, sostituendo centrali tradizionali a carbone o nucleari, in Europa si stanno manifestando esigenze da parte degli operatori delle reti di trasmissione (TSO) di acquistare servizi di flessibilità di riserva primaria. Ad esempio, riguardo alla situazione italiana, Terna nel corso del 2020 metterà a gara oltre 200 MW di “fast reserve”, nella quasi totalità realizzati attraverso sistemi di accumulo con tecnologia elettrochimica.

Come si evince dalla pluralità dei servizi sopra menzionati, i fruitori dei sistemi ESS variano dall’utilizzatore residenziale, all’impianto industriale, al DSO/TSO, fino al mercato dell’energia elettrica.

Con lo sviluppo delle Smart Grid e delle microgrid, che implicano un accumulo diffuso presso i clienti/prosumer, si prevede che anche il mercato dei piccoli sistemi EES diventerà significativo.
L’introduzione dei sistemi di accumulo distribuiti, quale quello legato al mondo del- la mobilità elettrica, aggiunge ulteriori aspetti che dovranno essere opportunamente valorizzati. A tale proposito l’Italia si prepara ad essere tra i Paesi all’avanguardia per lo sviluppo di infrastrutture Vehicle-to-Grid (“V2G”) con sistemi aggregati di taglia dell’ordine dei MW e oltre, orientati a rendere disponibile vari servizi di riserva per la rete.

Nell’esecuzione della propria attività normativa, il Comitato considera tutti gli aspetti sopra indicati, applicando ove possibile criteri che prescindano dalla specifica tecnologia di accumulo al fine di definire requisiti di larga applicabilità e adottando un approccio di sistema, non solo per integrare pienamente i requisiti tecnici necessari, ma anche per evitare sovrapposizioni con le normative di prodotto che riguardano i componenti del sistema, quali accumulatori elettrochimici, convertitori statici di potenza, controllo, etc.


Nota 1: I sistemi di accumulo termico sono inclusi nel campo di applicazione solo dal punto di vista dello scambio di elettricità. I sistemi di accumulo di energia unidirezionali come gli UPS non sono inclusi nell’ambito del TC 120

Organizzazione e struttura dell’IEC TC 120

Il TC 120 ha un Presidente e un Segretario supportati da un Chairman Advisory Group (CAG), che si occupa di definire gli obiettivi e l’ambito di attività dei WG nonché di fornire indicazioni tecniche e di policy per la corretta conduzione dei lavori normativi. Nel dettaglio, si occupa di:

  • monitorare la conformità al piano di lavoro assicurando il completamento tempestivo ed efficiente dei progetti;
  • coordinare i lavori dei WG e fornire competenze specifiche;
  • guidare il coordinamento con altri CT e con altri enti normativi internazionali e regionali;
  • assicurare soluzioni nel caso di divergenze nelle attività di standardizzazione;
  • mantenere aggiornato lo Strategic Busineess Plan (SBP) e proporre lavori in linea con lo stesso SBP e l’ambito di applicazione del TC 120.

La struttura del TC 120 comprende 5 Working Group, costituiti con i relativi obiettivi descritti in Tabella 1.

Tabella 1 – Working Group IEC TC 120

Norme e documenti pubblicati

Nel seguito si riporta una sintetica panoramica delle Norme pubblicate dal TC 120.

CEI EN IEC 62933-1 (2018-10) “Sistemi di accumulo di energia (EES) – Parte 1: Vocabolario”
Questa Norma definisce i termini applicabili ai sistemi EES, compresi i termini necessari per la definizione dei parametri unitari, dei metodi di prova, della pianificazione, dell’installazione, degli aspetti di sicurezza e degli aspetti ambientali.
Senza una terminologia condivisa, i termini fondamentali dei sistemi EES possono assumere un significato diverso, per es. in relazione alle diverse tecnologie di accumulo. Una terminologia standard è fondamentale dal punto di vista del mercato per evitare barriere, per consentire un corretto confronto tra diversi sistemi e per favorire la conduzione di processi di gara.

CEI EN IEC 62933-2-1 (2018-06) “Sistemi di accumulo di energia elettrica (sistemi EES) – Parte 2-1: Parametri unitari e metodi di prova – Specifiche generali”
Questa Norma classifica i sistemi EES in base all’applicazione, identifica i parametri unitari e i criteri per valutare le capacità e le prestazioni di un sistema EES e definisce i metodi di prova per la verifica di tali capacità e prestazioni. I dispositivi di accumulo e le tecnologie di accumulo di energia non fanno parte dello scopo del documento.

IEC TS 62933-3-1 (2018-08) “Electrical energy storage (EES) systems – Part 3-1: Plan- ning and performance assessment of electrical energy storage systems – General specification” (non recepita CENELEC/CEI)
Questa TS (Specifica Tecnica) è applicabile ai sistemi EES progettati per l’installazione e il funzionamento in interno o esterno e connessi alla rete. Il documento considera le necessarie funzioni e le capability dei sistemi EES, gli elementi di prova e i metodi di valutazione delle prestazioni, i requisiti per il monitoraggio e l’acquisizione dei parametri operativi di sistema, lo scambio di informazioni e le funzioni di controllo richieste. Il documento è destinato a pianificatori, proprietari, operatori, costruttori, fornitori di apparecchiature e di sistemi, gestori di reti, aggregatori di risorse di rete. Contiene documentazione tecnica relativa a specifici casi d’uso, inclusi pianificazione e installazione, attività specifiche quali progettazione del sistema, monitoraggio e misura, esercizio e manutenzione.

IEC TS 62933-4-1 (2017) “Electric energy storage system – Part 4-1: Guidance on environmental issues” (non recepita CENELEC/CEI)
Questa TS descrive le problematiche ambientali associate ai sistemi EES e propone linee guida per affrontare gli impatti ambientali “da e verso” i sistemi di accumulo, ivi inclusi quelli sull’uomo dovuti all’esposizione prolungata agli impatti ambientali considerati. Lo scopo è di trattare unicamente le problematiche ambientali che hanno impatto sugli EES e non sui singoli componenti e prodotti facenti parte del sistema. Inoltre, il documento si applica a tutti i sistemi EES indipendentemente dalla tecnologia di accumulo impiegata e si riferisce sia alle normali condizioni operative che a quelle anomale.

IEC TS 62933-5-1 (2017-07) “Electrical energy storage (EES) systems – Part 5-1: Safety considerations for grid-integrated EES systems – General  specification” (non recepita CENELEC/CEI)
Questa TS tratta gli aspetti di sicurezza quali l’identificazione dei pericoli, la valutazione e la mitigazione dei rischi applicabili ai sistemi EES collegati alla rete elettrica. Il documento fornisce criteri per favorire l’applicazione e l’uso in sicurezza dei sistemi di accumulo di energia elettrica di qualsiasi tipo o taglia destinati ad applicazioni integrate in rete; contiene una sezione che tratta degli aspetti di sicurezza in relazione alle diverse tecnologie di accumulo utilizzate.

IEC 62933-5-2 “Electrical energy storage (EES) systems – Part 5-2: Safety require- ments for grid integrated EES systems – Electrochemical based systems” (versione pre-release – pubblicazione prevista 05/2020)
Questa Norma descrive principalmente gli aspetti di sicurezza relativi alle persone e, dove appropriato, all’ambiente circostante e agli esseri viventi, per i sistemi EES connessi alla rete in cui viene utilizzato un sottosistema di accumulo di tipo elettrochimico. È una Norma di sicurezza applicabile all’intero ciclo di vita di un sistema di accumulo a batteria (BESS), dalla progettazione fino alla gestione a fine vita. Fornisce disposizioni di sicurezza che derivano dall’impiego di un sottosistema di accumulo elettrochimico (per es. batterie) in sistemi ESS, che sono aggiuntive alle considerazioni generali sulla sicurezza descritte nella IEC TS 62933-5-1.
Il documento specifica i requisiti di sicurezza quale modalità di riduzione del rischio di danni a persone o cose derivanti dai pericoli di un sistema EES elettrochimico generati dalle interazioni tra i vari sottosistemi.

Programma di lavoro

I lavori in corso, a vari stadi di avanzamento, sono relativi alle seguenti Norme.

IEC 62933-1 (Ed. 2) “Electrical energy storage (EES) systems – Part 1: Vocabulary” (pubblicazione prevista 12-2022)
Si tratta della manutenzione della prima edizione della IEC 62933-1.

IEC 60050-631 (Ed. 1) “International Electrotechnical Vocabulary (IEV) – Part 631: Electrical energy storage systems” (pubblicazione prevista 12/2020)
Questa Parte della IEC 60050 fornisce la terminologia generale applicabile ai sistemi EES, nonché i termini generali relativi ad applicazioni specifiche e alle tecnologie associate.
Ha lo stato di Norma orizzontale in conformità con la Guida IEC 108. La terminologia è coerente con quanto sviluppato nelle altre Parti specifiche dell’IEV.
Questa Norma, di responsabilità del TC 1, è principalmente destinata all’uso da parte dei Comitati Tecnici nella preparazione delle norme in conformità con i principi stabiliti nella Guida IEC 108.

IEC TS 62933-2-2 (Ed. 1) “Electric Energy Storage Systems – Part 2-2: Unit parameters and testing methods – Applications and Performance testing” (pubblicazione prevista 05-2022)

Questa TS si concentra sullo sviluppo di cicli di lavoro, sull’identificazione di metodi di misura delle relative prestazioni per le applicazioni di rete e sullo sviluppo di metodi e procedure di prova delle prestazioni per i sistemi EES. I singoli componenti del sistema e le tecnologie di accumulo dell’energia non rientrano nell’ambito di applicazione.
Il documento può servire come riferimento per produttori, progettisti, operatori, utility e proprietari dei sistemi EES che devono valutare le prestazioni dei sistemi EES destinati alle varie applicazioni.

IEC TS 62933-3-2 (Ed. 1) “Electric Energy Storage Systems – Part 3-2: Planning and performance assessment of electrical energy storage systems – Additional require- ments for power intensive and for renewable energy sources integration related applications” (pubblicazione prevista 03-2022)
Questa TS fornisce i requisiti per le applicazioni dei sistemi EES di tipo power intensive e per quelle relative all’integrazione di fonti energetiche rinnovabili. Tra i requisiti: integrazione nella rete, indicatori di prestazione, dimensionamento e pianificazione, funzionamento e controllo, monitoraggio e manutenzione. Le applicazioni power intensive dei sistemi EES vengono generalmente utilizzate per migliorare le prestazioni dinamiche della rete scaricando o caricando energia in base alle strategie di controllo corrispondenti.
Le applicazioni relative all’integrazione di fonti energetiche rinnovabili dei sistemi EES sono normalmente utilizzate per mitigare le fluttuazioni a breve termine e/o per mantenere la stabilità a lungo termine. Il documento comprende le seguenti applicazioni dei sistemi EES: supporto/regolazione della frequenza, supporto alla tensione di rete, supporto alla qualità dell’alimentazione, applicazioni correlate all’integrazione di fonti energetiche rinnovabili.

IEC TS 62933-3-3 (Ed. 1) “Electrical Energy Storage (EES) systems – Part 3-3: Plan- ning and performance assessment of electrical energy storage systems – Additional requirements for energy intensive and backup power applications” (pubblicazione prevista 03-2022)
Questa TS definisce i requisiti, le considerazioni e i casi d’uso per le applicazioni dei sistemi EES di tipo energy intensive, funzionamento in isola e alimentazione di backup. Le applicazioni energy intensive devono fornire la potenza richiesta per un lungo periodo di tempo.
Nel funzionamento in isola e nell’alimentazione di backup, il sistema EES deve fornire la potenza richiesta alla rete elettrica interna senza fare affidamento su altra fonte di alimentazione esterna. Il documento comprende le seguenti applicazioni dei sistemi EES: Peak shaving e livellamento del carico, funzionamento in isola, alimentazione di backup e supporto di emergenza.

IEC TR 62933-4-200 (Ed. 1) “Electrical Energy Storage (EES) systems – Part 4-200: Guidance on environmental issues – Greenhouse gas (GHG) emission reduction by electrical energy storage (EES) systems” (pubblicazione prevista 06/2020)
Questa parte di Norma, che sarà pubblicata come Technical Report, descrive gli aspetti relativi alla riduzione delle emissioni di gas a effetto serra associati ai sistemi di accumulo di energia elettrica e presenta pratiche e attività di ricerca effettuate in varie nazioni.
Il documento è destinato a essere utilizzato da coloro che sono coinvolti nella progettazione, nello sviluppo e nell’uso dei sistemi EES nella rete e nelle risorse di energia rinnovabile nella rete, in cui sono considerate varie applicazioni sia in energia (peak shaving, livellamento del carico, alimentazione di backup, ecc.) sia in potenza (regolazione della frequenza, stabilizzazione delle energie rinnovabili, ecc.).

IEC 62933-4-3 (Ed. 1) “Electrical Energy Storage (EES) systems – Part 4-3: Guidance on environmental issues – The protection requirements of BESS according to the environmental conditions and location types” – (pubblicazione prevista 03-2023)
Questa Norma tratta i problemi ambientali associati ai sistemi EES a batteria che contengono componenti provenienti dal riutilizzo di prodotti (in particolare le batterie) di sistemi EES a fine vita.
Il documento introduce linee guida necessarie per affrontare i possibili impatti ambientali “da e verso” questi “second-life” BESS, ivi inclusi quelli sull’uomo dovuti all’esposizione prolungata agli impatti ambientali considerati.

IEC 62933-4-4 (Ed. 1) “Electrical Energy Storage (EES) systems – Part 4-4: Envi- ronmental requirements for BESS using reused batteries in various installations and aspects of life cycles” (pubblicazione prevista 03-2023)
Questa Norma definisce i requisiti di protezione relativi a sistemi EES a batteria in base alle condizioni ambientali e all’ubicazione del luogo di installazione. Il documento tratta unicamente dell’impatto sul BESS dovuto alle condizioni ambientali circostanti (quali aria, sorgenti d’acqua, umidità, polvere, vibrazioni causate da terremoti, ecc.) e alla tipologia di ubicazione (quali zone montuose, aree costiere, aree residenziali, aree industriali, ecc.)

Il Comitato Tecnico 120 italiano

Dalla sua istituzione nel maggio 2013 a oggi, il CT 120 CEI ha sempre dimostrato una particolare attenzione  e interesse alle attività normative sviluppate in ambito internazionale. Il contributo degli esperti italiani, frutto dell’esperienza dei progetti nelle reti di trasmissione e distribuzione, dello sviluppo di soluzioni innovative e degli aspetti di connessione alla rete dei sistemi di accumulo, è stato più di una volta fondamentale nella costruzione del palinsesto normativo attuale.

Il CT 120 non si è infatti limitato a seguire l’attività internazionale ma ha supportato in modo attivo i lavori, sia attraverso i propri delegati ai Working Group sia tramite la predisposizione di contributi a parti di norma che sono stati veicolati dai delegati stessi.

L’attività principale del CT è certamente quella di esaminare i documenti dei progetti e di fornire opportuni commenti e spunti di miglioramento. Su molti documenti, il CT italiano ha espresso un numero di osservazioni più elevato rispetto agli altri Paesi.
L’impegno dei partecipanti al Comitato si è sempre dimostrato elevato anche se per motivi di lavoro non è stato possibile assicurare la continuità della partecipazione di tutti sia a livello nazionale che internazionale.
Alle quattro riunioni che mediamente si svolgono nel corso di ogni anno partecipano circa 20 esperti tra i principali costruttori, integratori di sistema, utility, laboratori, università ed enti di certificazione.

Il numero di delegati che partecipano attivamente ai lavori dei Working Group ha recentemente visto una certa flessione, sicuramente più numerica che di qualità, motivata dalla conclusione del primo ciclo di lavoro con l’emissione di International Standard (IS) e di Technical Specification (TS) da parte di tutti i Working Group internazionali ma che è importante ricostituire in vista della seconda fase che darà origine a documenti di maggiore dettaglio e relativi a tecnologie di accumulo specifiche.

In Tabella 2 si riportano, per ciascun WG, i delegati del CEI.

Tabella 2 – Delegati italiani in IEC TC 120 WG

Il CT italiano detiene la convenorship del WG 1; per l’importante e apprezzato lavoro svolto, il Convenor ing. Noce è stato insignito nel 2019 dell’Award IEC 1906.

Alla luce delle pubblicazioni di questi anni di lavoro del Comitato 120 è possibile fare alcune considerazioni in merito ai contenuti degli IS e TS descritti in precedenza. Se da un lato è riconoscibile un primo ed importante sforzo di inquadramento delle caratteristiche “di sistema” inerenti agli accumuli di qualsivoglia natura, è altresì rilevabile che il risultato appare spesso caratterizzato da un tratto generalista che poco si addice alla tradizionale connotazione prescrittiva degli standard più utili ed apprezzati dagli utenti.

Il Comitato italiano si è distinto per aver puntualmente stimolato e sollecitato in sede internazionale, nelle assemblee plenarie cosi come nei lavori dei WGs, l’adozione di riferimenti precisi raccolti in tabelle, la descrizione puntuale di criteri di esecuzione di test, la definizione di differenti livelli di accettabilità in funzione della taglia degli impianti, ecc.

Lo sforzo profuso in questa direzione sembra aver trovato l’attenzione degli Officers sebbene il percorso per migliorare le prime edizioni e facilitarne l’accreditabilità da parte degli organi preposti risulti ancora lungo e richieda forte impegno almeno nel prossimo triennio.

È quindi importante sottolineare che il Comitato italiano beneficerebbe dal poter aumentare il proprio peso in sede IEC attraverso nuovi delegati da inviare ai WGs e nuovi esperti che possano esprimere commenti di qualità e stendere capitoli dei nuovi progetti. L’Europa tutta più in generale, grazie alle esperienze maturate nel settore accumuli con la realizzazione di impianti prototipali ed investimenti pionieristici, dovrebbe auspicabilmente giocare un ruolo più importante e contribuire a mantenere un certo equilibrio rispetto alle forze messe in campo dai Paesi asiatici che si avvantaggiano anche della leadership tecnologica dei produttori di accumulatori elettrochimici.

Giovi concludere ricordando che gli standard sugli accumuli si scrivono ora… mentre tra qualche anno dovranno “solo” essere adottati senza modo di poter incidere sui loro contenuti… ergo carpe diem!

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ISOLAMENTI PER BASSA TENSIONE NUOVE NORME SUL FOTOVOLTAICO NUOVA VARIANTE 5 NORMA CEI 64-8 GUIDA CEI 64-12 ALLA PREDISPOSIZIONE DEGLI IMPIANTI ELETTRICI NELLE OPERE EDILI NUOVI SERVIZI CEI BOOKMARK E NOTEPAD LA COMPATIBILITÀ ELETTROMAGNETICA NELLA TECNOLOGIA SOTTOCOMITATO CEI SC 210/77B COSTANTE PROGRESSO E DIFFUSIONE DELLA PRODUZIONE DI ELETTRICITÀ DAL VENTO LE INTERVISTE AGLI OFFICERS CEI CT 88 EQUIPAGGIAMENTO ELETTRICO DELLE MACCHINE RADIO E TV DI QUALITÀ IL CT 316: TRA NORMAZIONE TECNICA E REGOLAZIONE CONVEGNI DI FORMAZIONE GRATUITA CEI 2019 SOCI CEI 2019: PROTAGONISTI DEL FUTURO INDUSTRIA 4.0: TECNOLOGIE ABILITANTI CORSI CEI 0-14 PER LE VERIFICHE DEGLI IMPIANTI: TERRA, ATEX E FULMINI COMITATO TECNICO CEI 316 PROTEZIONE DEGLI IMPIANTI DALLE SOVRATENSIONI TRASFORMATORI DI MISURA INNOVATIVI CONVEGNI DI FORMAZIONE GRATUITA 2019: LA FORMAZIONE A NORMA ARRIVA IL SERVIZIO BOOKMARK QUADRI DI AUTOMAZIONE E DISTRIBUZIONE NUOVE NORME PER L’INDUSTRIA 4.0 ITS SCHOOL PROJECT: ASSEGNATO IL PRIMO 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