Impianti ad accumulo

IMPIANTI IDROELETTRICI AD ACCUMULO

LA STABILITA’ DELLA RETE

La stabilità della rete elettrica richiede un perfetto equilibrio tra l'elettricità fornita alla rete dai

produttori e quella consumata dai carichi collegati alla rete. L’energia generata deve essere uguale

all’energia consumata.

La maggior parte delle centrali elettriche collegate alla rete genera elettricità utilizzando una turbina

per azionare un generatore sincrono (centrali elettriche a fonti rinnovabili, ma anche a combustibili

fossili). La velocità di rotazione del generatore determina la frequenza della corrente alternata (CA)

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prodotta In una rete elettrica, tutti i generatori sono sincronizzati tra loro e devono fornire la

[ = ].

stessa frequenza di uscita (50Hz in Europa). Una variazione della frequenza del sistema si ripercuote

contemporaneamente su tutti i generatori collegati alla rete. Se si verifica uno squilibrio tra produzione

e domanda, si ha variazione della frequenza del sistema

Siccome questa variazione di frequenza può influire negativamente su tutti i sistemi collegati alla rete,

tale variazione deve essere recuperata il più velocemente possibile. La rete può essere vista come un

albero rotante la cui rotazione è legata alla frequenza di rete. All’albero sono collegati i sistemi di

produzione di energia e i carichi attraverso le loro macchine elettriche. I carichi frenano la rotazione

mentre i sistemi di generazione la causano quindi per avere stabilità di rete, ci deve essere perfetto

equilibrio tra carico e generazione. Se si verifica un incremento della produzione di energia non

bilanciato dai carichi, l'albero modifica la sua velocità di rotazione e quindi si modifica la velocità di

rotazione di tutti i generatori sincroni collegati alla rete. Il generatore sincrono è collegato alla turbina e

al suo sistema di controllo, quindi se il generatore accelera (a causa della produzione extra nella rete),

il sistema di controllo dell’impianto reagisce riducendo la produzione di potenza (es. chiusura delle

palette del distributore nelle turbine Francis) per ridurre la velocità di rotazione del generatore il sistema

di controllo non riesce a ridurre la velocità di rotazione, entrano in gioco i sistemi di protezione e la

turbina viene disconnessa. La disconnessione peggiora ulteriormente la situazione della rete e può

portare alla disconnessione di altri impianti che erano riusciti a trovare precedentemente un equilibrio:

prende il nome di Blackout.

Per avere una rete stabile, è necessario che il sistema energetico abbia una grande flessibilità nella

produzione di energia fornita da diverse centrali elettriche flessibili. La flessibilità di una centrale

elettrica è data dalla capacità della turbina di aumentare o diminuire la potenza in base alle esigenze

della rete.

• Le fonti rinnovabili non programmabili (eolico e solare) non sono flessibili in quanto dipendono

dalla disponibilità della fonte

• Gli impianti a combustibili fossili sono caratterizzati da maggiore flessibilità. In particolare, i

turbogas sono utilizzati per supportare la rete

Un sistema energetico basato sui combustibili fossili è molto più flessibile di uno basato sulle fonti di

energia rinnovabili.

In caso di aumento del consumo di elettricità, le

centrali elettriche flessibili aumentano la loro

produzione di elettricità per ripristinare il perfetto

equilibrio (e quindi la frequenza del sistema), ma ciò

richiede tempo; quindi, finché la frequenza non è

ripristinata, gli altri generatori continuano a risentire

della variazione di frequenza e potrebbero essere

costretti disconnettersi. Per evitare un effetto "domino", è necessario che il sistema energetico abbia

inerzia: deve quindi reagire a sbilanciamento con un certo ritardo così da garantire tempistiche

accettabili per il riequilibrio del sistema. Un sistema ha inerzia se gli impianti che lo costituiscono

hanno inerzia. L'inerzia naturale in una centrale elettrica è data dalla rotazione della turbina e dipende

dalle caratteristiche della centrale (inerzia grande, piccola o nulla). Impianti non dotati di elementi

rotanti hanno un’inerzia bassa o nulla. È il caso, ad esempio, delle batterie che hanno inerzia molto

bassa e tendono a reagire in modo pressoché istantaneo alle richieste di variazione della rete. A questa

mancanza di inerzia naturale si può ovviare imponendo – laddove possibile - tramite il sistema di

controllo un’inerzia sintetica.

La pendenza di variazione della frequenza dipende dall’inerzia del sistema.

La variazione di frequenza della rete impone una variazione della potenza erogata dai generatori

sincronizzati. L’assieme generatore-turbina è caratterizzato da un'inerzia rotante che causa un certo

ritardo nella reazione al disallineamento di potenza, vantaggioso per un sistema elettrico, poiché

consente al sistema di raggiungere un nuovo equilibrio grazie al sistema di potenza flessibile e si limita

il distacco di generatori della rete che aumenterebbe lo squilibrio e quindi provocherebbe uno

scostamento ancora più importante dalla frequenza di rete.

In caso di aumento del consumo di elettricità, le centrali elettriche flessibili forniscono quelli che

vengono chiamati servizi di regolazione in frequenza:

• Regolazione primaria: contribuisce a contenere la variazione iniziale della frequenza (Tempo di

risposta: entro 30 s)

• Regolazione secondaria: contribuisce a ripristinare la frequenza ai valori target dopo uno

squilibrio (Tempo di risposta: 5-10 min