Mobilità elettrica e rete nazionale: amici o nemici? Prof. Francesco Castelli Dezza

1. Mobilità elettrica e rete nazionale: amici o nemici? Prof. Francesco Castelli Dezza Politecnico di Milano

2. Ulteriore domanda • Esistono componenti o strategie tali da rendere il sistema «mobilità elettrica» compatibile con la rete elettrica nazionale? • Normalmente, un insieme di veicoli elettrici non opportunamente coordinati rappresentano un problema a coloro che devono gestire la rete elettrica di distribuzione e di trasmissione: • aleatorietà nel tempo e nella posizione geografica • picchi di potenza • gestione limitata alla singola vettura

3. Contenuti • Veicoli elettrici: tipologie • Metodi di ricarica • Luoghi di ricarica • Integrazioni con fonti rinnovabili • ICT • Politecnico di Milano: possibili contributi

4. Tipologie di vetture • Nessun impatto sulla rete elettrica • Veicoli ibridi leggeri: veicoli convenzionali con sistema Start and Stop, frenata rigenerativa, un minimo ausilio alla accelerazione • Veicoli ibridi classici: partenza elettrica, ausilio alla accelerazione, funzionamento in elettrico a basse velocità, ricarica da motore a combustione interna o da frenatura • Interazione con la rete elettrica • Veicoli ibridi plug-in: come i precedenti ma con pacco batterie di maggiore capacità e possibilità di ricarica da rete elettrica • Veicoli elettrici puri: tutta l’energia necessaria al funzionamento del veicolo è immagazzinata nelle batterie • PROBLEMA • Il 41% vorrebbe una autonomia di 250 km (solo il 5% per 50 km) • Il 46.5% desidererebbe una velocità massima di 130 km/h • In puro elettrico sarebbero necessarie 0.22kWh/km*250km=55kWh -> 330kg • A 800€/kWh si ha un costo di 44k€

5. Metodologie di ricarica • Normale: potenza 3kW, monofase BT, Tric=6 ore per 15kWh • Veloce: potenza da 6-20kW, trifase BT, Tric=3-1 ora • Rapida: potenza 20-43 kW, trifase BT o MT, stazioni dedicate, Tric=1-0.5 ore • Extra rapida: potenza > 43kW, stazioni dedicate, ricarica in CC, Tric=20-5 min, supercondensatori • Cambio pacco batterie (Battery swap): nessun limite sulla potenza (limitata dalla corrente di ricarica della batteria), stazioni dotati di grandi spazi • PROBLEMA • Il 74% vorrebbe una ricarica completa in meno di un’ora • Il 61.5% indica il garage di casa come luogo ideale di ricarica • Solo il 66% è d’accordo sulla necessità di uno standard europeo

6. Luoghi per la ricarica • Ricarica da punto di consegna pubblico • Stazioni di servizio: tempi troppo brevi: extra rapida o cambio pacco batterie • Parcheggi di interscambio o dedicati: tempi programmabili e gestione ottimizzata del parco vetture • Colonnine distribuite • Ricarica da punto di consegna privato • garage di casa propria: carica lenta, notturna • parcheggio dell’ufficio: tempi programmabili, gestione ottimizzata delle vetture, carica veloce, diurna • PROBLEMA • Il 61.5% indica il garage di casa come luogo ideale di ricarica • Il 74% vorrebbe una ricarica completa in meno di un’ora • Solo il 5.2% considera ideale il parcheggio dell’ufficio

7. Integrazione con fonti rinnovabili • Carico passivo • ricarica notturna • Carico attivo • ricarica di giorno, ma bidirezionale (V2G) • sistema di accumulo flessibile • fonti energetiche rinnovabili • smartgrid • virtualpowersystem ICT come tecnologia abilitante

8. ICT • Gestione delle protezioni e della sicurezza • Controllo della tensione e della frequenza • Gestione del parco macchine (prenotazioni, monitoraggio, previsione, ottimizzazione) • Contributo alla qualità dell’energia • Copertura delle punte di carico • Integrazione e sincronizzazione tra produzione e utilizzo dell’energia (impatto zero sulla rete di trasmissione) • PROBLEMI • Supporto fisico (ethernet, wireless, onde convogliate - PLC, fibra ottica) • Protocollo (IEC 61850,...) • Rete attiva

9. Risposta alla domanda iniziale • Capacità di accettare i nuovi carichi (Hosting capacity) • carico passivo: carica notturna • carico attivo: bilanciamento dell’energia • Sistema di ricarica + ICT potrebbe eliminare la aleatorietà nel tempo e nello spazio • Le batterie potrebbero essere utilizzate come sistemi di accumulo (V2G) contribuendo al miglioramento della qualità dell’energia. • Con l’interconnessione di generatori da fonti energetiche rinnovabili (solare, eolico) si potrebbe abbassare l’impatto della ricarica di un parco auto sulla rete elettrica.

10. Dipartimenti del Politecnico e Mobilità Elettrica Sistemi di accumulo Gestione e monitoraggio Chimica, Materiali Meccanica Energia Elettrotecnica Gestionale Energia Elettrotecnica Meccanica Meccanica Elettronica e Informazione INDACO Comunicazione Elettronica e Inf. Energia Elettrotecnica Sistemi di ricarica Veicolo Energia Elettrotecnica Meccanica BEST Energia Elettrotecnica Energia Aerospaziale Elettrotecnica Meccanica Distribuzione e trasmissione Fer

11. Fondazione Politecnico: Progetti • SmartDGlabDip. Energia e Dip. Elettronica e Informazione AlpEnergy Dip. Energia, Ing. Gestionale, Meccanica  Virtual Power Systems (VPS) utilizzano la tecnologia ICT, combinando un'intelligente gestione del carico, dello stoccaggio e della domanda energetica, per sincronizzare produzione e consumo. • MILANO WI-POWER • (PoliMi, A2A, SELTA, THYTRONIC, Mobimesh, ERSE, CEI, AEEG)

12. Fondazione Politecnico: Attività • Fondazione EnergyLab • soci fondatori • Regione Lombardia • Comune di Milano • Politecnico di Milano • Università degli Studi di Milano • Università Cattolica del Sacro Cuore • Università degli Studi di Milano - Bicocca • Università Commerciale Luigi Bocconi • Fondazione AEM • Fondazione Edison • RSE

13. Gruppi di ricerca e Spin-off • Dip. Elettronica e Informazione MCM EnergyLab spin-off del Politecnico di Milano MOtor VEhicle controlteam Gruppo di ricerca focalizzato sulla progettazione di sistemi di controllo per veicoli Laboratorio di elettronica di potenza per l’efficienza energetica