Sistemi di accumulo per carichi con profilo fortemente variabile : scelta della tecnologia da impiegare, loro dimensionamento e controllo dei convertitori d'interfaccia con la rete

The following text analyses a storage system, used to support the grid, when loads with an high variable power profile are present. The loads considered are industrial loads with power in the order of hundred of kilowatts. Nowdays, due to industrial, social and economical reasons the interest on the storage accumulator is increasing. Growing markets of renewable energies, electric vehicles and other industrial applications need more and more this kind of technology. Storage is the key to reach important aims connected with the energy efficiency increment both for producers and customers. For this reason, this text introduces different storage technologies present on the market and their application supporting the main grid. A comparison between this different technology is done, highlighting the different performances of every single one. First chapters describes how to choose the right type of storage system in order to get a certain performance. Three types of storage systems are considered: the supercapacitor, the litio ion battery and the lead battery. Then the structure of the power supply system is analysed. The following system is made by the main supply grid and by two different storage systems, interfaced with the load thorough the converters. The idea is to supply a load with a high power variation demand, properly working on the static converters control strategy. This permit to size the electric grid in respect to the average power and not in respect to the peak power and to maintain stability even when big variations in the load occurs. A model of all the components present in the system has been done, with particular attention on the storage system sizing. We can procced with the modelling of different components of the analyzed system and the electrical energy storage sizing.The power system is implemented in the Matlab-Simulink environment and to test the usefulness of the solution adopted and the control strategy several case studies will take place.

In questa tesi si studia un sistema di accumuli, a supporto della rete elettrica, per l’alimentazione di carichi che presentano un profilo di potenza fortemente variabile. I carichi presi in considerazione sono ti tipo industriale con potenze dell’ordine delle centinaia di kW. Nella società contemporanea, l’evoluzione e l’intrecciarsi di una serie di fattori industriali, sociali ed economici, stanno creando sempre maggiore interesse attorno al vastissimo mondo degli accumuli per l’energia elettrica. Il crescente mercato delle fonti rinnovabili, dell’automobile elettrica e di altre applicazioni industriali, richiedono una continua riorganizzazione di tale energia. Gli accumuli sono diventati una soluzione chiave per raggiungere importanti obiettivi connessi con l’incremento dell’efficienza energetica sia per i produttori che per i consumatori. Alla luce di tale premessa, in questo lavoro di tesi si introdurranno le varie tecnologie di accumulatori presenti attualmente nel mercato e le loro applicazioni a supporto della rete elettrica di alimentazione. Si procederà ad un confronto tra queste differenti tipologie di accumuli sulla base delle differenti prestazioni che riescono a fornire. In particolare, i primi capitoli sono dedicati a fornire le informazioni necessarie per la scelta della tipologia di accumulo, utile a fornire determinate prestazioni, richieste da una specifica applicazione. In questa sede prenderemo in considerazione tre differenti tipologie di accumulo: il supercondensatore, la batteria al litio e la batteria al piombo. In seguito verrà esposta la struttura del sistema di alimentazione che si andrà ad analizzare. Tale sistema sarà composto dalla rete di alimentazione e da due tipologie di accumulo, interfacciate con il carico attraverso i rispettivi convertitori. L’idea base è quella di riuscire, attraverso un’adeguata strategia di controllo dei convertitori statici, ad alimentare un carico con un profilo di potenza fortemente variabile, in cui la rete elettrica fornisca la potenza media richiesta dal carico mentre i sistemi di accumulo si fanno carico delle forti variazioni di potenza. In questo modo si può dimensionare la rete elettrica sulla base della potenza media necessaria e non su quella di picco e riuscire a mantenere la stabilità della rete anche a fronte di carichi con potenza fortemente variabile. Si procederà con la modellizzazione dei vari componenti presi in considerazione nel sistema analizzato e al dimensionamento degli accumuli. Inoltre si esporrà la strategia di controllo dei convertitori. Il sistema di alimentazione è implementato in ambiente Matlab-Simulink e per verificare l’utilità della soluzione adottata e della strategia di controllo, si svolgeranno diversi casi di studio.