Uso efficiente dell'energia elettrica

prodotta da fonti alternative

tramite sistemi superconduttivi

a corrente continua

Sommario

L’obiettivo principale del progetto è quello di rendere possibile l’integrazione efficiente della energia proveniente da fonte rinnovabile (eolica e/o solare fotovoltaica) nella rete di distribuzione della energia elettrica. Ciò viene realizzato mediante una connessione in corrente continua tra le sorgenti eolica e/o fotovoltaica e la rete in corrente alternata ed un dispositivo di accumulo della energia. Il sistema può essere realizzato, oltre che con tecnologie convenzionali provate anche mediante dispositivi superconduttori. L’attività di ricerca sarà finalizzata alla progettazione di un sistema aventi caratteristiche di interesse per la situazione italiana e/o europea confrontando la soluzione convenzionale con la soluzione superconduttiva. Verrà inoltre realizzato un prototipo del sistema superconduttivo, in scala ridotta di laboratorio, per lo studio sperimentale degli aspetti critici individuati nella fase di progettazione.

Motivazioni scientifiche

Quando si consideri la produzione concentrata di grandi quantità di energia da fonte eolica e/o solare fotovoltaica sorgono alcuni problemi sia di impatto ambientale (modificazione del paesaggio, grandi superfici impegnate e inquinamento elettromagnetico) che di qualità della energia elettrica prodotta (instabilità della rete, “flickers”).

Le considerazioni di carattere ambientale fanno sì che sia possibile installare grandi centrali eoliche e/o fotovoltaiche soltanto in zone scarsamente popolate e che, nonostante le caratteristiche peculiari di queste tecnologie (completa assenza di emissioni di CO₂ e di impoverimento di risorse naturali), esse non vengano accettate dalla popolazione. Una soluzione a questo problema è costituita dal posizionamento degli impianti eolici e/o fotovoltaici in mare ad una certa distanza dalla costa (offshore). In questo caso ed in tutti i casi in cui la connessione con la rete in alternata deve essere realizzata in cavo (ad esempio perché considerazioni ambientali non consentono la realizzazione della connessione mediante una linea aerea) la connessione in corrente continua (d.c.) rappresenta una soluzione conveniente, rispetto alla connessione in corrente alternata (a.c.).

Per ridurre i fenomeni di instabilità della rete ed i “flickers” legati alle oscillazioni della potenza erogata dai generatori eolici e/o fotovoltaici è necessario introdurre nella rete dispositivi per l’accumulo (elettromagnetico e/o meccanico) della energia.

Sia per la trasmissione della energia elettrica con la linea in corrente continua, sia per la realizzazione di sistemi di accumulo della energia elettrica, la tecnologia superconduttiva consente di realizzare dispositivi che permettono di ridurre significativamente l’energia dissipata nella connessione (sfruttando la capacità dei materiali superconduttori di trasportare la corrente continua senza manifestare perdite per effetto Joule misurabili), ed aumentare la stabilità della rete e la qualità della energia prodotta, realizzando dispositivi di accumulo con perdite ridotte, quali gli SMES o i volani levitati magneticamente mediante cuscinetti superconduttivi.

Obiettivo del programma di ricerca:

L'obiettivo del programma di ricerca è lo sviluppo degli strumenti necessari alla progettazione di un sistema innovativo per il collegamento alla rete di trasporto e distribuzione della energia elettrica in corrente alternata, di generatori eolici e/o fotovoltaici. Il sistema è costituito principalmente da:

1.       una linea di trasmissione in corrente continua

2.       i sistemi di interfaccia fra i generatori eolici e/o fotovoltaici e la linea di trasmissione

3.       uno o più sistemi di accumulo della energia, per stabilizzare il sistema di trasmissione

4.       un inverter per l'interfacciamento della linea in corrente continua con la rete in corrente alternata.

Questo innovativo sistema di produzione della energia elettrica può essere realizzato sia utilizzando componenti, sistemi e tecnologie sufficientemente consolidati ed affidabili, sia mediante componenti innovativi che utilizzano materiali superconduttori, parte dei quali attualmente in fase di sviluppo pre-commerciale. In particolare sono oggetto di studio del presente progetto: un cavo superconduttivo realizzato con materiale superconduttore avente una elevata temperatura di transizione per la realizzazione della connessione in corrente continua; uno SMES da collegare in serie alla linea superconduttiva in corrente continua, un volano levitato mediante cuscinetti magnetici superconduttivi da collegare in parallelo alla linea in corrente continua superconduttiva; un limitatore di corrente superconduttivo per la limitazione delle correnti di corto-circuito.

Il Progetto di ricerca si propone di valutare la convenienza economica del sistema innovativo di produzione della energia elettrica realizzato con componenti superconduttivi rispetto a quello realizzato con tecnologia consolidata, valutando costi di costruzione ed esercizio (tenendo anche conto delle diverse caratteristiche relative alla qualità della energia elettrica erogata).

Al fine di sperimentare le soluzioni tecnologiche previste nel progetto, nonché di validare la modellizzazione del sistema così come effettuata mediante simulazioni numeriche, ci si propone di realizzare un sistema integrato di dimensioni ridotte. Le dimensioni di tale sistema saranno tali da assicurare la scalabilità delle problematiche ad un sistema di interesse per la rete elettrica nazionale.

Figura 1. Schema di principio del sistema.

Solo i componenti in colore sono oggetto della ricerca

(in rosso i dispositivi a temperature ambiente, in blu i dispositivi superconduttori)