Peak shaving e smard grid: la nuova frontiera degli UPS

Il modo in cui oggi usiamo gli UPS è cambiato molto e gli sviluppi tecnologici in efficienza, versatilità e flessibilità hanno consentito a Borri di affrontare applicazioni non convenzionali come il peak shaving e il power buffering. Queste tecniche sono a loro volta collegate alla capacità di un UPS di integrarsi con le smart grid.

In questo articolo approfondiremo la tecnica del peak shaving e scopriremo perché le smart grid sono un campo di applicazione molto interessante per gli UPS. A questo scopo abbiamo cercato di rispondere alle domande più comuni che vengono poste in tema di peak shaving e di smart grid.

1. Cosa è il peak shaving?

   Una serie di tecniche volte a mantenere la curva della domanda di energia elettrica più piatta possibile, sia nel corso della giornata che dell’anno, cancellando i picchi di consumo. Utilizzatori elettrici con capacità di peak shaving possono interagire con la rete elettrica, limitando il loro assorbimento durante i periodi di picco della domanda. E’ infatti nelle fasce orarie di massima produzione delle aziende o durante le giornate più calde, con il massiccio uso di condizionatori, che si registra un picco di consumi.

2. Cosa è una smart grid?

   Nelle reti convenzionali la potenza è generata in grandi centrali e quindi distribuita e trasmessa agli utilizzatori, in un flusso unidirezionale. In una smart grid la generazione della potenza è distribuita tra grandi centrali e piccoli siti di produzione, questi ultimi prevalentemente basati su fonti rinnovabili. Un impianto fotovoltaico residenziale fa parte a tutti gli effetti di una smart grid. Per assicurare la stabilità in questo scenario di flussi variabili e bidirezionali, occorre monitorare capillarmente la rete. Per questa ragione una smart grid include sempre una robusta rete di dati, da cui il termine “smart”.

3. Perché l’energy storage è importante nelle smart grid?

   Uno degli obiettivi delle smart grid è di sfruttare il più possibile le fonti rinnovabili, la cui disponibilità è per natura molto variabile. Da cui l’esigenza di incorporare nelle smart grid delle forme di stoccaggio di energia, per assicurarne una fruibilità il più possibile costante. Uno dei mezzi più popolari di stoccaggio sono le batterie di accumulatori agli Ioni di Litio, che bene si prestano all’uso ciclico e alle scariche parziali. Il loro peso contenuto e l’ampio intervallo di temperature di utilizzo ne fanno la scelta migliore, sia per l’implementazione di grandi aree di stoccaggio, sia per l’utilizzo distribuito.

4. Perché serve il peak shaving?

   L’infrastruttura di generazione e produzione dell’energia deve essere in grado di fornire i picchi di domanda. Se questi sono molto più grandi della domanda media, la rete dovrà essere sovradimensionata e dunque i costi per i fornitori saranno maggiori.

   Inoltre, cambiamenti improvvisi della domanda possono originare fenomeni di instabilità di tensione e frequenza e influire sulla qualità della fornitura, aumentando ulteriormente i costi di gestione. Per questi motivi gli operatori del settore sono orientati a cercare metodi di stabilizzazione (“shaving”) della curva di domanda e sono disponibili a riconoscere un contributo agli utilizzatori che si dichiarano disponibili a partecipare a programmi di peak-shaving.

5. Come funziona il peak shaving negli UPS?

   Il modo più semplice per un UPS di diminuire il suo assorbimento è quello di inibire lo stadio raddrizzatore, o convertitore AC/DC, passando alla modalità da batteria. I carichi saranno quindi alimentati dalla riserva di energia, per la durata richiesta, attraverso il bus in continua dell’UPS ed il suo inverter.

   Per una corretta operatività, la batteria dovrà essere dimensionata per l’autonomia richiesta dall’applicazione critica principale, più il tempo di funzionamento desiderato in peak shaving. Questa tecnica è conosciuta come “connessione passiva alla rete”.

   Implementazioni più complesse usano raddrizzatori bidirezionali, in modo da permettere all’UPS di reiniettare in rete energia secondo schemi di connessione di tipo attivo. Questi ultimi sono sicuramente più flessibili per variare il contributo di energia da destinare al peak shaving. D’altro canto detti schemi richiedono un hardware più complesso e una logica di controllo aggiuntiva dello stadio raddrizzatore. Inoltre, possono essere soggetti a limitazioni dovute a normative locali sulla connessione dei dispositivi attivi in rete. Il controllo del peak shaving lato UPS può essere costituito semplicemente da un contatto on/off, tramite il quale il dispacciamento esterno può abilitare o disabilitare la funzione. In alternativa possono essere implementati sofisticati algoritmi che eseguono il monitoraggio della qualità della rete e, in maniera indipendente dall’ente di dispacciamento, regolano il sistema UPS concordemente, al fine di adattare la potenza assorbita/reiniettata.

6. Cosa c’è all’orizzonte per gli UPS nel prossimo futuro?

   Gli UPS saranno sempre più inglobati nelle reti elettriche e sono destinati a giocare un ruolo importante nel mondo dell’”Internet of Things”. Le smart grid si diffonderanno sempre più capillarmente e saranno quindi sempre più i servizi critici non interrompibili da alimentare con continuità. Gli UPS saranno sempre più indispensabili, così nelle grandi installazioni come negli edifici residenziali.

   Il risparmio energetico è una componente predominante nell’economia circolare. I costruttori di UPS saranno chiamati a lavorare molto sul fronte della riduzione dell’impatto ambientale, focalizzandosi nella ricerca di metodologie e tecniche per ridurre la produzione di CO₂ durante l’intero ciclo di vita e delineando delle chiare strategie di fine vita e “second-life” del prodotto.

Questo mercato offre oggi molte opportunità nell’ambito di applicazioni quali data center, industria e medicale. Proprio in ambito medicale, Borri ha recentemente sviluppato e impiegato UPS da 60 a 400 kVA con capacità di power buffering. Limitando la potenza in ingresso a valori di regime, gli UPS assicurano che i frequenti picchi di energia assorbiti da apparecchiature RM e TAC non siano forniti dalla rete di alimentazione. L’utente può quindi ridurre i picchi di consumo e non sovradimensionare il suo impianto, con un sostanziale risparmio nei costi energetici.

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