A microrete Una microrete è una rete elettrica localizzata che fornisce energia elettrica a una specifica struttura, comunità o gruppo di utenti. A differenza di un sistema elettrico convenzionale che si basa interamente sulla rete principale, una microrete combina la generazione locale di energia, l'accumulo di energia e il controllo intelligente per gestire l'elettricità più vicino al luogo di consumo.
Una microrete può funzionare in modalità connessa alla rete o isolata, risultando utile per migliorare la resilienza energetica, integrare le energie rinnovabili e alimentare carichi critici o remoti.
Componenti principali di una microrete
Una microrete in genere combina diverse tecnologie per generare, immagazzinare, convertire e gestire l'elettricità.
- Generazione distribuita: La produzione locale fornisce energia all'interno della microrete. A seconda delle condizioni del sito e del fabbisogno energetico, le fonti possono includere impianti fotovoltaici, piccole turbine eoliche, cogenerazione (CHP), celle a combustibile e generatori di riserva. È inoltre possibile combinare diverse fonti di generazione per migliorare la disponibilità di energia.
- Accumulo di energia: I sistemi di accumulo di energia a batteria immagazzinano l'elettricità in eccesso e la rilasciano quando la produzione è inferiore alla domanda. L'accumulo può contribuire a mitigare le fluttuazioni delle energie rinnovabili, a riorganizzare l'utilizzo dell'energia e a fornire alimentazione di riserva durante le interruzioni della rete.
- Conversione di potenza: Gli inverter e i convertitori gestiscono l'elettricità tra le fonti di generazione, le batterie, la rete elettrica e i carichi elettrici. Supportano funzioni come la conversione da corrente continua a corrente alternata e da corrente alternata a corrente continua e consentono a diverse fonti di energia di funzionare insieme.
- Sistema di gestione energetica (SGA): Il sistema di gestione energetica (EMS) funge da centro di controllo della microrete. Monitora la produzione, la domanda di elettricità, lo stato delle batterie e le condizioni della rete, quindi coordina le risorse disponibili in base alle condizioni in tempo reale e alle priorità operative.
Due modalità operative di una microrete
Una caratteristica fondamentale di una microrete è la sua capacità di funzionare sia in combinazione con la rete principale sia in modo indipendente da essa.
Modalità connessa alla rete
- Collegamento alla rete: La microrete opera parallelamente alla rete elettrica principale, gestendo al contempo la produzione, lo stoccaggio e i consumi a livello locale.
- Scambio di energia: Quando la produzione locale supera la domanda, l'energia elettrica in eccesso può essere immessa nella rete, laddove consentito. Quando la produzione locale è insufficiente, l'energia elettrica può essere importata dalla rete di distribuzione.
- Gestione energetica: Il sistema di gestione energetica (EMS) coordina la generazione, lo stoccaggio e i consumi per migliorare l'utilizzo delle energie rinnovabili, gestire i picchi di domanda e controllare i costi energetici in base ai requisiti del progetto.
Modalità isolata
- Disconnessione dalla rete elettrica: In caso di interruzione di corrente o in località prive di accesso alla rete elettrica principale, la microrete può disconnettersi dalla rete principale e continuare a funzionare in modo indipendente.
- Fornitura locale: La produzione locale, l'accumulo di energia e la generazione di riserva lavorano insieme per alimentare i carichi collegati.
- Priorità di caricamento: Se la potenza disponibile è limitata, il sistema può dare priorità ai carichi critici e ridurre o disconnettere i carichi non critici. Ciò contribuisce a mantenere i servizi essenziali durante le emergenze o le interruzioni prolungate della rete elettrica.
Come funziona una microrete?
La produzione e la domanda di elettricità possono fluttuare continuamente, soprattutto quando si utilizza energia rinnovabile. Il sistema di gestione energetica (EMS) coordina la produzione locale, l'accumulo di energia e i carichi, regolando la distribuzione dell'energia in base all'offerta e alla domanda in tempo reale.
- Monitoraggio in tempo reale: Il sistema EMS monitora costantemente la produzione di energia, la domanda di elettricità, lo stato di carica delle batterie e le condizioni della rete.
- Generazione > Domanda: Quando la produzione locale supera la domanda, l'energia in eccesso può essere immagazzinata nella batteria o immessa nella rete elettrica tramite sistemi connessi alla rete.
- Generazione < Domanda: Quando la produzione di energia è insufficiente, la batteria può scaricarsi per colmare il deficit energetico. Ciò riduce la dipendenza da fonti di energia esterne e contribuisce a mantenere la stabilità dell'approvvigionamento.
- Spazio di archiviazione insufficiente: Se la produzione locale e l'energia immagazzinata non sono sufficienti a soddisfare la domanda, una microrete connessa alla rete elettrica può prelevare ulteriore elettricità dalla rete pubblica. Una microrete isolata può utilizzare la generazione di riserva o ridurre i carichi non critici.
- Protezione da carico critico: Durante un'interruzione di corrente, l'energia disponibile può essere prioritariamente destinata alle apparecchiature e ai servizi essenziali. Ciò consente di utilizzare la limitata capacità di generazione e accumulo per supportare i carichi più importanti.
Tipologie e applicazioni tipiche delle microreti
Le modalità operative e le configurazioni delle microreti descrivono diversi aspetti di un sistema. Le modalità operative definiscono come la microrete interagisce con la rete elettrica principale, mentre la configurazione descrive come vengono organizzate le risorse di generazione, accumulo e backup per uno specifico progetto.
Le microreti possono essere classificate in base al loro collegamento alla rete elettrica principale e alla configurazione delle risorse energetiche locali.
- Microreti connesse alla rete elettrica: Questi sistemi operano in parallelo alla rete elettrica pubblica e sono comunemente utilizzati per impianti commerciali e industriali, campus universitari e altri siti che necessitano di un maggiore controllo sulle risorse energetiche locali.
- Microreti isolate dalla rete elettrica: Questi sistemi funzionano in modo indipendente, senza bisogno di un collegamento permanente alla rete elettrica. Sono adatti a comunità remote, isole, infrastrutture di comunicazione e altri luoghi in cui estendere la rete convenzionale è difficile o antieconomico.
- Microreti ibride: Questi sistemi combinano diverse fonti energetiche, come l'energia solare, eolica, l'accumulo a batteria e la generazione di riserva. La combinazione specifica dipende dalle risorse locali, dai profili di carico e dai requisiti di affidabilità.
Applicazioni tipiche: Le microreti vengono utilizzate in comunità remote, stazioni base di comunicazione, strutture commerciali e industriali, siti minerari, ospedali, strutture di emergenza e altri luoghi in cui è importante disporre di un'alimentazione elettrica locale affidabile.
Come scegliere la configurazione di microrete più adatta?
La configurazione appropriata della microrete deve essere determinata in base al fabbisogno energetico effettivo del progetto, alle condizioni del sito e alle risorse energetiche disponibili. La valutazione viene normalmente effettuata considerando i seguenti aspetti:
- Condizioni del sito: Determinare metodi di generazione di energia locali e configurazioni di sistema adeguati in base alle risorse solari ed eoliche locali, allo spazio disponibile, alle condizioni climatiche e allo stato di connessione alla rete.
- Requisiti di carico: Calcolare la capacità di generazione e di accumulo di energia necessaria in base al consumo energetico totale, al carico di picco, alle apparecchiature critiche, alle ore di funzionamento e alla durata del backup, e allocare razionalmente i carichi critici e non critici.
- Collegamento alla rete: Determinare la modalità operativa della microrete in base alla necessità o meno di connessione alla rete elettrica pubblica. Se è necessario il funzionamento connesso alla rete, occorre considerare anche le condizioni di accesso alla rete e i requisiti di commutazione tra funzionamento connesso alla rete e funzionamento autonomo.
- Alimentazione di riserva: Valutare se dotare il sistema di alimentazione di riserva in base ai requisiti di affidabilità dell'approvvigionamento energetico del progetto. Selezionare sistemi di accumulo a batteria, generatori diesel o altre fonti di alimentazione di riserva tenendo conto dei carichi critici, della durata dell'alimentazione di riserva e dei rischi di interruzione di corrente.
- Mix energetico: Per migliorare la flessibilità del sistema e la stabilità dell'approvvigionamento energetico, è possibile selezionare un singolo metodo di generazione di energia oppure combinare diverse fonti energetiche, come il fotovoltaico, l'energia eolica e i sistemi di accumulo, in base alle risorse energetiche locali e alla domanda di approvvigionamento.
- Requisiti di espansione: Se il progetto prevede una crescita futura del consumo energetico o un'espansione della capacità del sistema, è consigliabile scegliere configurazioni con design modulare per facilitare la successiva aggiunta di capacità di generazione o di accumulo di energia.
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