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Sistemi in corrente continua (DC) per la razionalizzazione energetica. Studio di fattibilità per un sistema integrato di distribuzione DC ad uso residenziale (Microgrid House DC)

Informazioni tesi

  Autore: Alessandro Vecchi
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2012-13
  Università: Università degli Studi di Roma La Sapienza
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria elettrica
  Relatore: Giuseppe Parise
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 99

Il presente progetto “innovativo” propone l’utilizzo di un sistema di distribuzione in corrente continua (DC) per uso residenziale ed commerciale con stoccaggio di energia mediante accumulatori. Tutto ciò è nato dalla semplice constatazione che la maggior parte degli utilizzatori odierni hanno una “natura DC ”, ovvero ognuno di essi è dotato di un convertitore AC/DC posto ingresso, il quale mi consente di regolare con continuità la potenza utilizzata, ottenendo rendimenti più elevati e funzioni sempre più sofisticate.
A tali convertitori sono associate delle perdite sia per funzionamento normale che in modalità standby, che potrebbero essere salvate da un sistema in corrente continua (stimato circa il 20%). Inoltre ho notato che il reale risparmio energetico si avrebbe solo passando da tecnologie tradizionali a tecnologie DC compatibili, stime autorevoli indicano un risparmio del 33% per l’utilizzo di tali utilizzatori.

L’idea di base è quella di valutare l’impatto energetico ed economico risultante dall’adozione di un sistema in corrente continua ad uso residenziale (microgrid house DC), attraverso l’utilizzo di fonti distribuite vedi fotovoltaico ed minieolico sempre più presenti nei nuovi edifici, con la possibilità di accumulare tale energia nei momenti di bassa richiesta da parte del carico (vedi ore diurne per il fotovoltaico) per poi essere utilizzata nelle ore notturne.

Il presente progetto si pone l’obiettivo di trovare un livello di tensione adatto per alimentare tutta la gamma di utilizzatori presenti, pensando di suddividere i carichi in carichi di “bassa tensione” e carichi di “alta tensione”, in relazione al corretto dimensionamento di sezione e lunghezze dei cavi, realizzando così il vero risparmio energetico.

I principali vantaggi di utilizzare un sistema in corrente continua sono:

- Risparmio energetico
- Aumento molto rapido nel residenziale del fotovoltaico (PV)
- La rapida espansione dell’ attuale e futuro sviluppo di prodotti ad alta efficienza energetica, i quali utilizzano internamente alimentazioni in DC
- Accumulo dell’energia elettrica
- Ricarica veicoli elettrici
- Miglioramento dell’integrazione ,funzionamento e prestazioni delle micro-grid
- Sicurezza elettrica

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1 Introduzione Lo studio di fattibilità è una tappa importante nella progettazione di un impianto o di una qualsiasi opera, ma costituisce solo l’ultimo di una serie di passi e di considerazioni preliminari che saranno oggetto, insieme allo studio stesso, della presente tesi. Tale studio è stato fatto suddividendo l’intera distribuzione di BT, in una distribuzione principale comune (DPC), con origine dal trasformatore di cabina del complesso residenziale fino al punto di consegna dell’edificio, ed in una distribuzione secondaria locale (DSL), che prevede l’utilizzo di un trasformatore locale (TL) per utente o gruppo di utenti, il quale a sua volta alimenterà i singoli circuiti residenziali. Per i singoli circuiti d’utente è stato valutato l’impatto energetico ed economico risultante dall’adozione di un sistema in corrente continua ad uso residenziale (microgrid house DC), attraverso l’utilizzo di un convertitore AC/DC posto in partenza(con una potenza di 1kW), in parallelo alla rete in corrente alternata (AC) già esistente. Di fondamentale importanza è stata l’analisi dei carichi (Capitolo 3), la quale mostra un utilizzo sempre più frequente di utilizzatori con uno stadio di conversione AC/DC , per la possibilità di regolare con continuità la potenza utilizzata ottenendo rendimenti più elevati e funzioni più sofisticate. A tali convertitori sono associate delle perdite sia per funzionamento normale che in modalità standby, che potrebbero essere salvate da un sistema in corrente continua (stimato circa il 20%). Inoltre si è visto che il reale risparmio energetico si avrebbe solo passando da tecnologie tradizionali a tecnologie DC compatibili, stime autorevoli indicano un risparmio del 33% per l’utilizzo di tali utilizzatori. Nel dettaglio è stato valutato il possibile livello di tensione per alimentare i carichi di “bassa potenza” (imposto a 48 VDC), e il dimensionamento con lunghezze e sezioni raggiungibili con tale sistema, per varie tipologie di unità residenziali, rispettando le nuove prescrizione della norma CEI 64-08 in ambito residenziale (Capitolo 4) . Infine nel Capitolo 5 è stato introdotto l’utilizzo del trasformatore locale (TL) con avvolgimento secondario di tipo speciale con punto centrale accessibile, permettendo così di conseguire vantaggi per la sicurezza, (sistema ad isola TN o IT), le protezioni e la qualità dell’alimentazione. Inoltre sono state proposte soluzioni di ottimizzazione sia sulla tipologia del trasformatore locale TL, con una relazione dettagliata della possibile scelta da seguire (collaborazione con FAT trasformatori), sia intervenendo sul livello di tensione da adottare per la distribuzione principale fino al valore limite IEC di bassa tensione pari a 1 kV, attraverso l’ utilizzo di un trasformatore a tre avvolgimenti di cabina (periodo di permanenza alla TESAR trasformatori). L'adozione del sistema ad isola di tutte le utenze BT di un edificio o di un'area costituisce una innovazione nell'ambito della distribuzione nelle utenze residenziali, terziarie e commerciali che, unita alla possibilità di un'associazione di tutte le utenze stesse, comporta una interessante evoluzione per la distribuzione di esse.

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Parole chiave

risparmio energetico
efficienza energetica
dc
residenziale
corrente continua
distribuzione in corrente continua
microgrid house dc

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