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ANDREA MONACA

Negli impianti elettrici, gli utilizzatori assorbono dalla rete potenza elettrica (attiva) quale fonte di energia di alimentazione oppure la convertono in un'altra forma di energia (es. lampade o stufe elettriche) o in lavoro utile (es. motori elettrici).

Affinché ciò avvenga è spesso necessario che l'utilizzatore scambi con la rete energia reattiva. Tale energia, pur non essendo direttamente convertita in altre forme, contribuisce ad incrementare la potenza totale transitante nella rete elettrica, dai generatori lungo tutte le condutture fino agli utilizzatori. Per attenuare tale effetto negativo viene effettuato il rifasamento degli impianti elettrici utilizzatori, cioè viene fornita in loco, tutta (rifasamento totale) o parte (rifasamento parziale) della potenza reattiva elettrica necessaria al carico.

Generalità sul rifasamento

Nei circuiti in corrente alternata la potenza assorbita da un carico può essere rappresentata da due

componenti: La componente attiva

, in fase con la tensione di alimentazione, che è direttamente correlata al lavoro utile svolto, quindi alla quota parte di energia elettrica trasformata in energia di altro tipo: meccanica, luminosa, termica. La potenza attiva è misurata in Watt . La componente reattiva che è un indice dello scambio energetico tra alimentazione ed utilizzatore. Non può essere utilizzata per compiere un lavoro. Tuttavia questa energia è funzionale ai sistemi e serve a creare i campi magnetici o elettrici necessari per il funzionamento dei dispositivi stessi. Senza tale componente non ci potrebbe essere trasferimento netto di potenza. La potenza reattiva è misurata in VAR, volt-ampère reattivi . In un impianto elettrico utilizzatore occorre dunque generare e trasportare, oltre alla potenza attiva utile

, una certa potenza reattiva non fruibile dall'utilizzatore, poiché scambiata con la rete. Il complesso della potenza.

La potenza generata e trasportata costituisce la potenza apparente S. √2 + QS = P^2. Il fattore di potenza cosE' quindi possibile definire, cioè il rapporto tra la componente attiva ed il valore totale della potenza apparente S; è l'angolo di fase tra la tensione e la corrente. Il cos è una grandezza adimensionale compresa tra 0 ed 1, e varia istante per istante. Il fattore di potenza è dunque un indice di qualità dell'impianto, poiché tanto più è basso, tanto più elevata è la componente reattiva induttiva in rapporto a quella attiva. La situazione ideale sarebbe quindi leggere in bolletta = 1 per cui la componente reattiva è pari a zero. Rifasare significa appunto agire per incrementare il fattore di potenza in una specifica sezione dell'impianto, fornendo localmente la potenza reattiva necessaria al fine di ridurre, a pari potenza utile richiesta, il valore della corrente e quindi della potenza transitante nella rete.

monte.Rifasamento in un impianto fotovoltaico

L'impianto fotovoltaico costituisce un'ottima fonte di investimento e quindi di risparmio. Tuttavia il rifasamento continua ad essere necessario anche in questi tipi di impianti e va monitorato con estrema attenzione, soprattutto negli impianti industriali dove vi sia installato un impianto fotovoltaico con scambio sul posto.

Lo scambio sul posto è un meccanismo attraverso il quale viene valorizzata tutta l'energia immessa dall'utente nella rete elettrica. Non si tratta di una "vendita", ma di una forma, appunto, di valorizzazione dell'energia immessa nella rete. Potremmo definirlo un "rimborso parziale" delle bollette pagate, in relazione all'energia immessa in rete. Si tratta, in altre parole, di una forma di compensazione economica tra immissioni e prelievi.

La necessità di rifasare sorge in quanto la potenza reattiva sufficiente per il funzionamento delle macchine non può

essere prodotta dal modulo fotovoltaico, che di per sé produce esclusivamente potenza attiva, e quindi di fatto continua ad essere prelevata dalla rete incidendo notevolmente sul valore cosφ del letto al contatore. Si deve fare in modo allora che la potenza reattiva prelevata dalla rete sia inferiore ad un certo valore percentuale della potenza attiva; a ciò si provvede installando nell'impianto utilizzatore batterie di condensatori dimensionati per fornire l'energia reattiva stabilita. Se la potenza reattiva prelevata dalla rete supera una percentuale della cospotenza attiva stabilita dal distributore, diminuisce il fattore di potenza. Il distributore ha il compito di effettuare la valutazione con il suo contatore di energia valutando l'assorbimento mensile di energia attiva e reattiva e, se necessario, addebita all'utente l'energia reattiva eccedente. Inoltre, controlla anche che il rifasamento avvenga seguendo l'andamento del carico, e vieta che sia

immessa in rete, potenza reattiva. CosA causa della diminuzione del vengono applicate, alla bolletta mensile la dell'energia, delle penali (delibera AEEG 348/2007), Risulta necessario allora installare un rifasatore con potenza reattiva cosadeguata, che porti il medio mensile a 0,9 (condizione minima per non pagare le suddette penali). In aggiunta agli immediati effetti di risparmio, il rifasamento offre ulteriori importanti vantaggi tecnici: ad esempio un aumento del riduce 4 considerevolmente le perdite per potenza dissipata sulle linee di trasmissione, con la conseguente riduzione del processo di invecchiamento.

La normativa L'Autorità per l'Energia Elettrica il Gas ed il Sistema Idrico (AEEG) regolamenta l'ambito dei consumi di energia reattiva e relative penali. Per il periodo regolatorio attualmente in vigore vige la delibera AEEG 348/2007 con le successive integrazioni: le penali vengono applicate in bolletta ai clienti con potenza impegnata >

cos16,5 kW se il medio mensile, nelle fasce orarie F1 ( ore di punta ) e F2 ( ore intermedie ), è inferiore a 0,9 (ovvero viene fatta pagare in bolletta, sotto forma di penale, la quota parte di energia reattiva che eccede il 50% dell'energia attiva prelevata);

Il fattore di potenza viene determinato, per ciascuna fascia oraria, utilizzando i valori dell'energia attiva e dell'energia reattiva rilevati dai consumi indicati in bolletta:

E Acos= √ 2 2+E EA Ri coefficienti economici (centesimi di €/kvarh) per definire l'entità delle penali sono univocamente definiti (si riporta di seguito la tabella).

Per il periodo regolatorio in vigore dal 1 gennaio 2016, l'AEEG ha pubblicato la delibera 180/2013/R/EEL che introduce le seguenti novità:

cosle penali verranno applicate in fascia F1 e F2 se il medio mensile sarà inferiore a 0,95 (ovvero se l'energia reattiva impegnata sarà superiore al 33% dell'energia attiva prelevata).

attiva prelevata). Per il superamento del 75% è previsto un secondo scaglione. Il gestore della rete potrà chiedere un adeguamento dell'impianto utente (o lo stacco dalla rete) se:

  • Il cos- Istantaneo nel momento di massimo carico, per prelievo in periodo di alto carico, è inferiore a 0,9;
  • Il cos- Il medio mensile è inferiore a 0,7;
  • Il cliente immette in rete potenza reattiva.

I coefficienti economici per definire l'entità delle penali saranno definiti anno per anno in funzione dei costi del mix energetico, sulla base dei calcoli del valore delle perdite Joule sulla rete.

Utenza passiva a cui viene aggiunto un impianto fotovoltaico 6Per ottenere il massimo beneficio dal rifasatore nel tempo, è consigliato l'impiego di rifasatori con condensatori in carta bimetallizzata che risultano indistruttibili e garantiscono una vita utile confrontabile con quella dell'impianto fotovoltaico. Sono realizzati avvolgendo un foglio sottilissimo di carta.

speciale sulle cuisuperfici viene depositato, mediante processo di evaporazione, uno stratoinfinitesimo di lega metallica con funzione di armatura; tra i fogli di carta vieneposta una pellicola di polipropilene con il solo ruolo di dielettrico tra learmature.

La robustezza dei condensatori in carta bimetallizzata è dovuta alle già ottimecaratteristiche meccaniche della carta, alle quali si aggiungono i beneficidell’impregnazione in olio.

Vengono di seguito analizzate tre casistiche possibili in relazione alposizionamento dell’impianto fotovoltaico:

  1. Impianto fotovoltaico a valle del rifasatore

Se l’impianto fotovoltaico è allacciato a valle del rifasatore, quest’ultimocosvaluterà l’effettivo dell’impianto visto dalla rete.

 cosA causa dell’abbassamento del medio globale, il rifasatore esistentepotrebbe risultare insufficiente. E possibile allora adottare tre soluzioni :cos1) Alzare il target del rifasatore esistente

portandolo a 0,97 );

2) Sostituire il rifasatore con uno di potenza superiore;

3) Aggiungere al rifasatore esistente un rifasatore integrativo.

7b) Impianto fotovoltaico a monte del rifasatore

Se l’impianto fotovoltaico è allacciato a monte del rifasatore,cosquest’ultimo non valuterà l’effettivo dell’impianto .cos

Per avere con certezza il di 0,9 nel punto di allacciamento alla reteed evitare così le penali, bisognerà installare un rifasatore con a bordouna potenza reattiva pari al valore massimo richiesto dall’impianto; ilcos target del rifasatore dovrà essere impostato a 1cos

Si osservi che se l’inverter funziona a diverso da 1 questa soluzionenon è applicabile, in tal caso è necessario operare come indicato in a).

c) Se impianto fotovoltaico ha una potenza maggiore di quella delleutenze, il rifasatore dovrà essere preferibilmente a monte del punto diallacciamento dell’impianto fotovoltaico

Il rifasatore dovrà inoltre essere in grado di funzionare su quattro quadranti: due "standard", relativi al funzionamento dell'impianto come utenza che assorbe dalla rete sia potenza attiva che potenza reattiva induttiva; due relativi al funzionamento dell'impianto come generatore che fornisce alla rete potenza attiva ma assorbe potenza reattiva induttiva. In presenza di un impianto fotovoltaico si hanno dunque tre casi: se non esiste per qualche ragione l'impianto di rifasamento, si renderà necessario installarlo. Inoltre, se la potenza del fotovoltaico supera la potenza massima assorbita dall'utenza, sarà necessario installare un rifasatore per evitare problemi di sovraccarico della rete.
Dettagli
A.A. 2020-2021
13 pagine
SSD Ingegneria industriale e dell'informazione ING-IND/33 Sistemi elettrici per l'energia

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher andrea.monacaa di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Fondamenti di energia elettrica e reti elettriche per l'energia e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Università degli studi Mediterranea di Reggio Calabria o del prof La Foresta Fabio.