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L'impatto delle auto elettriche sulla rete nazionale/2

A seguito delle osservazioni di molti lettori sull'articolo "Quante auto elettriche può caricare la rete nazionale?", che avevo pubblicato nei giorni scorsi, ho deciso di scrivere questo secondo articolo per chiarire alcuni aspetti che non avevo approfondito o alcuni "numeri" che avevo utilizzato senza darne motivazione. Torniamo quindi alle domande della volta scorsa: Cosa succede se "troppe" macchine si allacciano alla rete per ricaricarsi? Le nostre infrastrutture sono dimensionate per sopportare una simile "rivoluzione"? Vediamo assieme quali sono i punti critici e gli elementi da tenere in considerazione.

Indice

Riepilogo della puntata precedente

Charging Teslas

Charging Teslas

Nel precedente articolo ho fatto alcuni semplici calcoli sulla base delle curve di carico della rete elettrica nazionale, trovando che la potenza di generazione che abbiamo a disposizione oggi, potrebbe tranquillamente caricare più di 2,5 Milioni di autovetture elettriche (BEV) che siano in carica lenta durante la notte. Questo quantitativo di auto "full electric" richiederà comunque non meno di 5 anni per essere immesso sul mercato, periodo che potrebbe permettere azioni di potenziamento della rete elettrica o l'attuazione dei protocolli di comunicazione tra rete elettrica e stazioni di ricarica.
L'articolo precedente lo potete trovare a questo Link Quante auto elettriche può caricare la rete nazionale?

Livelli del problema

E' comunque vero che l'adozione di auto elettriche su larga scala comporta problemi su tutti i livelli della rete elettrica, dagli impianti di generazione fino al punto di consegna nelle abitazioni o nelle aziende, mentre nel precedente articolo ho solamente esaminato la disponibilità di potenza messa a disposizione nel complesso delle centrali di produzione elettrica e della capacità di trasmissione della rete elettrica nazionale.
Questa prima stima mi ha permesso di ricavare un semaforo verde per una prima adozione di auto a batterie o ibride numericamente rilevante, a partire da 2,5 milioni fino a coprire circa il 25% del parco auto nazionale.
E' comunque vero che l'articolo precedente non ha affrontato la problematica delle reti elettriche "locali" che curano la distribuzione cittadina, argomento che per essere trattato richiede un ulteriore articolo, al quale sto lavorando.

Terna Cabina primaria AT/MT

Terna Cabina primaria AT/MT

Parola d'ordine: Media

Una parola comunque vi chiedo di tenere in considerazione per questi articoli, cioè media. Qui infatti ragioneremo sul comportamento medio degli utenti, l'orario medio di lavoro, i consumi medi nazionali e tanto altro, cioè cercheremo di capire cosa succede a carattere generale. Con questi articoli infatti sto cercando di individuare quello che in futuro potrà essere il comportamento medio dei possessori di auto elettriche e le relative conseguenze.
I casi personali tipo “devo caricare immediatamente l'auto elettrica per andare domani a trovare la nonna” ci stanno, e ce ne sono tanti altri, ma fanno parte dei tanti casi che contribuiscono alla media nazionale.

Diurno e Notturno

Per le riflessioni che seguiranno è indispensabile prendere in considerazione i comportamenti della popolazione. Ad esempio è chiaro che nella società in cui viviamo il grosso delle attività si svolge nell'intervallo 7 – 20, orari al di fuori dei quali le attività umane si riducono sensibilmente e di conseguenza si riduce il traffico stradale.
Che questa sia la fascia oraria “attiva” per la stragrande maggioranza della popolazione è dimostrata anche dalla curva di carico della potenza elettrica assorbita dal “sistema Italia” riportata da Terna ogni giorno.

8-9 Aprile 2021 Total Load - Ternaspa.png

8-9 Aprile 2021 Total Load - Ternaspa.png

Quindi, sempre nella media, è logico desumere che di notte la stragrande maggioranza dei veicoli è ferma, sia che si tratta di veicoli aziendali che di veicoli privati. E' quindi molto probabile che tali orari siano scelti da una larga fetta dei possessori di veicoli elettrici per caricare la batteria.
Ma, come vedremo a breve, questa considerazione non è dovuta solo ad aspetti comportamentali ma anche ad aspetti economici, tecnici e tariffari.


Potenza Impegnata, Potenza Contrattuale

Un altro fattore che incide nella scelta dell'orario in cui ricaricare la batteria della nostra auto elettrica è la potenza contrattuale. Se durante il giorno nella mia unità immobiliare, che sia una azienda o una abitazione, l'impianto elettrico è “impegnato” con le utenze elettriche tradizionali quali elettrodomestici, computer, ecc., le probabilità di avere margine di potenza a disposizione per caricare un'auto elettrica saranno basse.
Oppure il margine c'è ma l'utente medio non è in grado di percepirlo o, soprattutto, non è disposto a correre il rischio di interrompere la continuità elettrica della casa o dell'azienda per superamento della potenza contrattuale.
Questi utenti dovranno quindi scegliere tra:

  1. Aumentare la potenza contrattuale della fornitura elettrica, oppure
  2. Caricare l'auto in orari meno "affollati", come ad esempio durante la notte

Naturalmente il primo punto deve avere una giustificazione "economica" visto che l'aumento della potenza contrattuale impone degli oneri che si faranno sentire per tutto l'anno, scelta che potrebbe essere d'obbligo per chi fa un uso intensivo dell'auto.
Un piccolo artigiano o trasportatore che opera in città, ad esempio, potrebbe voler caricare il proprio furgone elettrico durante la pausa pranzo, quindi l'aumento di potenza dei suo contatore potrebbe essere giustificato.
L'utente medio italiano, comunque, non ha questa necessità (lo vedremo tra poco) per cui sarà portato ad utilizzare la carica lenta diluita durante la notte, che non si sovrappone con altri elettrodomestici e non necessita l'aumento della potenza contrattuale.


Enel Distribuzione - Contatore_Trifase

Enel Distribuzione - Contatore_Trifase

L'azione degli organi di controllo

In tutti i ragionamenti (e le contestazioni) che si trovano in rete sull'argomento "impatto" sulla rete della ricarica dei veicoli elettrici manca un elemento tutt'altro che trascurabile: l'azione degli enti di controllo.

L'ente che sovraintende tariffe e regolamentazioni sulla rete elettrica è l'ARERA (ex Autorità per l'Energia), ente di controllo che ha tutti gli strumenti per “indirizzare” il comportamento degli utenti acqua, luce e gas.
In una materia delicata e di fondamentale importanza come il Sistema Elettrico Nazionale, non è pensabile che il regolatore stia a guardare comportamenti che possano mettere a rischio il funzionamento di un servizio così strategico senza prendere contromisure; in questi casi infatti, possono essere introdotti dei regolamenti per invitare gli utenti all'uso corretto delle risorse, come ad esempio tariffe agevolate su base oraria.

In medito alle prese di ricarica delle auto elettriche ARERA e GSE lo stanno già facendo(https://www.gse.it/servizi-per-te/news/mobilit%C3%A0-sostenibile-pubblicata-la-sezione-agevolazioni-per-la-ricarica-dei-veicoli-elettrici).
Nello specifico, dal prossimo 1°Luglio, i possessori di possessori di auto elettriche avranno la possibilità di assorbire fino a 6kW dal contatore di casa negli orari notturni e festivi senza dover richiedere un aumento di potenza. In pratica pagheranno per 3 kW anche se in alcuni orari potranno assorbirne 6.

Italiano medio e km medi

Un altro dato di fondamentale importanza per stimare i consumi delle auto elettriche su larga scala, è la percorrenza media dell'automobilista italiano, pari a 35 km al giorno. Si tratta di un dato veramente modesto, soprattutto alla luce del fatto che un'auto elettrica con una carica completa percorre in media 200km.
Dal punto di vista energetico, anche ipotizzando che alcuni utenti scelgano di ricaricare l'auto ogni volta che tornano a casa, dato il consumo energetico delle auto a batteria di circa 150Wh per ogni km percorso, in media avranno bisogno di 5 kWh al giorno per ripristinare il livello di carica della loro batteria.

Ricapitolando: l'automobilista italiano medio percorre 35 km al giorno; se ha un'auto di tipo elettrico che necessita di essere periodicamente ricaricata può scegliere due strade:

  1. Ricarica l'auto tutti i giorni per mantenere la batteria al 100%; per farlo dovrà consumare circa 2,5kW per 2 ore; tale comportamento avrà un impatto marginale sulla rete elettrica, perché è un assorbimento similare ad un grande elettrodomestico (ad esempio una asciugatrice).
  2. Ricarica "a fondo" della batteria circa una volta alla settimana, cosa che la maggioranza degli utenti farà di notte per i motivi che abbiamo visto ai punto precedenti (contratto, tariffe agevolate, orari di lavoro, ecc).

Questa seconda scelta, come abbiamo visto, non costituisce un problema a livello nazionale, ma semmai avrà delle ripercussioni in ambito locale quando il numero di autoveicoli elettrici, soprattutto privati, sarà rilevante.

Gita fuori porta

Da parte degli automobilisti privati vedo un solo potenziale rischio sulla ricarica di numerosi veicoli elettrici: la notte del venerdì. Il nostro italiano medio potrebbe infatti, sollecitato dalla moglie, ricordarsi all'ultimo momento che il weekend era prevista la gita in montagna, quindi niente di meglio che mettere sotto carica la macchina la notte del venerdì per avere l'auto pronta per la gita fuori porta del fine settimana.
Questo evento non è improbabile, ma potrebbe costituire un problema?
Con in numeri attualmente in nostro possesso è un problema che si potrebbe manifestare, ma solo quando ci sarà un numero di veicoli elettrici privati in circolazione superiore a 5 milioni, cioè tra circa 10 anni. Abbiamo quindi tutto il tempo per introdurre degli strumenti correttivi, soprattutto dei sistemi centralizzati per il controllo delle stazioni di ricarica.


Utenti "intensivi"

Tutti i ragionamenti di cui sopra non escludono che esistono ed esisteranno veicoli elettrici o ibridi di uso intensivo tanto da richiedere ripetute operazioni di ricarica durante il giorno o il ricorso a potenze maggiori dei 4kW ipotizzati per la carica notturna delle auto private.
Ad esempio un autobus elettrico durante la notte potrebbe essere messo in carica con potenze tra gli 11 e 22kW, mentre i mezzi aziendali come auto elettriche a lunga percorrenza o furgoncini, potrebbero richiedere una carica notturna tra i 7 e gli 11 kW. Questi mezzi andranno ad incidere nei consumi nazionali ed ovviamente peseranno sul sistema di distribuzione locale in Media e Bassa Tensione, ma non solo durante la notte.
Molti di questi mezzi infatti dovranno essere caricati anche durante il giorno, con operazioni veloci di elevata potenza ma con una bassissima contemporaneità; significa che pur facendosi sentire nei consumi nazionali, la loro potenza sarà diluita nelle ore del giorno.

charging-cars "BEV"

charging-cars "BEV"

Pausa Pranzo

Un ulteriore problema che potrebbe derivare dai veicoli elettrici, aziendali e privati, è il periodo della pausa pranzo. Molti infatti potrebbero scegliere questo lasso temporale per ricaricare il mezzo, con il rischio di sovraccaricare il sistema sia nazionale che locale.
Un utile punto di riferimento anche in questo caso sono i dati che ci forniscono le curve di carico giornaliere di Terna; osservando il grafico di un qualunque giorno è infatti chiaro che dopo le 12 il carico generale della rete elettrica scende sensibilmente (probabilmente molti italiani lavorano part-time!) e quindi c'è largo spazio per ricaricare i mezzi elettrici, in una fascia oraria che vede tra l'altro un contributo importante degli impianti fotovoltaici.

Conclusione

La generazione elettrica italiana può sostenere 56 GW di potenza alle 18 di sera in dicembre, significa che durante il giorno, quando abbiamo anche l'apporto degli impianti fotovoltaici, il sistema elettrico nazionale può sopportare un carico ancora maggiore. Lo stesso dicasi per i consumi notturni, che dopo le 21 scendono sensibilmente dandoci ampio spazio per la ricarica di veicoli elettrici durante la notte.
Non c'è quindi un problema di potenza se vogliamo ricaricare 2 o 3 Milioni di autoveicoli durante la notte; il parco mezzi elettrici "circolante" potrà inoltre essere anche molto maggiore, perché l'automobilista medio non ha bisogno di tutta questa energia tutti i giorni, ma si limiterebbe ad una o due ricariche alla settimana.
Resta il problema della rete locale, soprattutto di bassa tensione. Quanti utenti con auto elettrica può sostenere prima di costituire un collo di bottiglia? Lo vedremo in un prossimo articolo.

Link Utili

Articolo precedente https://www.electroyou.it/m_dalpra/wiki/quante-auto-elettriche-pu-caricare-la-rete-nazionale

Grafico Terna consumi nazionali https://www.terna.it/it/sistema-elettrico/transparency-report

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Commenti e note

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di ,

Carissimo Meiko, per rispondere al tuo post ci vorrebbe un intero articolo. Nessuno ha detto che i sistemi TN-S e TT sono oro che luccica; ho solo osservato che il "criticatore" elettrico per antonomasia, il Prof. Carrescia, non li ha mai messi sotto processo (come invece ha fatto con altre cose). Che il neutro venisse messo a terra nelle linee aeree è forse qualcosa che si faceva negli anni 50-60 in zone rurali, ma nelle città dagli anni '70 si fanno linee BT in cavo a vista o interrato, quindi in Italia il sistema di messa a terra multiplo del neutro, non esiste da anni. Ci sono comunque moltissimi paesi che distribuiscono la BT con il sistema TN-C quindi probabilmente risolvono i problemi di cui accennavi. http://www.elektro.it/sistemi_collegamento_a_terra/sistemi_collegamento_a_terra_03.htm

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di ,

Ciao Dalpra, Sorrido un po' perché le norme sui differenziali e sui sistemi di sicurezza partecipò anche mio padre a scriverle nella commissione sicurezza di tanti anni fa, prima che diventasse ENEL. Di fatto erano norme di origine francese. Un paio di cose: io negli USA ci sono stato e da elettrico ho ficcato il naso in quadri elettrici e impianti vari. Là è come qua, c'è di tutto, cose fatte bene e cose fatte male. Tutto il mondo è paese. Solo una cosa, qua ci sono tante norme difficili da interpretare perché dopo che i tecnici le hanno imbastite, ci pensano i burocrati a renderle incomprensibili. Là, negli USA c'è l'AE10 un libretto che viene aggiornato costantemente e ti insegna passo passo con “spieghe e disegnini”, come fare l'impianto di casa. Se vuoi lo segui, se non vuoi fai a meno, là c'è la libertà di sceglie se vivere tranquillo o finire in galera, in particolare se si fulmina un VVFF. Ti dirò che a riguardo del sistema TT e TN-S, da specialista di EMC, non sono così sicuro che sia tutto oro ciò che luccica. Vedi nei vecchi impianti, quelli su linea aerea, ogni palo aveva l'armatura a terra e a terra andava anche il Neutro. Così ché il Neutro arrivava fino a casa tua ben riferito alla terra. Oggi invece con le linee interrate il neutro è a terra solo in cabina e poi è sospeso fino al punto di consegna. Questo fa sì che tra la terra di casa e il neutro si generino tensioni di passo spesso pericolose. La società DHENN, ma anche altri, per sopperire a questi problema hanno fatto degli scaricatori con varistore Zenamic tra Fase Neutro e scaricatore a gas tra Neutro e PE-Terra. Questo argomento, purtroppo coinvolge anche le auto elettriche in ricarica alle colonnine, è un bel focus aperto presso i costruttori di Carica Batterie, perché il fenomeno delle tensioni di passo N-PE causa guasti ai rifasatori attivi (PFC).

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di ,

Meiko, in Italia il sistema di distribuzione è "civile" è TT mentre quello "industriale" è TN-S. Questi sistemi elettrici, dall'esperienza nazionale non manifestano problemi tali da dover essere sostituiti. Il Prof. Carrescia non ha mai sollevato "lamentele" e nemmeno i suoi co-autori, spesso di ENEL, sul sistema TT. Inoltre gli impianti elettrici ed i componenti italiani qualitativamente sono molto superiori a quelli americani (guarda un quadro elettrico americano residenziale americano: fa letteralmente ridere. Inoltre non sanno nemmeno cosa sia un differenziale). I vigili del fuoco americani infatti sono "terrorizzati" dall'energia elettrica, nonostante abbiano 115V anziché 230. Già questo ti fa capire che il loro livello di sicurezza e' molto inferiore al nostro. A breve comunque dovrei aver pronta anche l'ultima puntata, dedicata alla Bassa Tensione.

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di ,

La vedo dura in Italia spingere per il trifase a livello domestico. Prima bisogna capire quale sarà la potenza "standard" nelle abitazioni e si prevede nel tempo un innalzamento a 6 kW monofase per l'utente medio al posto dei classici 3 kW. Ovviamente sarà sempre possibile andare oltre ma difficilmente in Italia sarà di impiego diffuso (ovviamente posso sbagliarmi).

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di ,

In anzi tutto belli i tui articoli, complimenti! Li ho fatti girare anche in PDF ai colleghi della nostra aziendina, dove costruiamo veicoli "full elettric". Il problema della limitazione della potenza disponibile all'utente finale è il vero problema. Vi dirò una cosa: nel 1996 ricordo che mio padre, dirigente di ENEL distribuzione disse: Per cui molti dei problemi tecnici che oggi viviamo sono spesso indotti da scelte politiche miopi. Il secondo vero problema è che la fornitura alle abitazioni è prevalentemente monofase, con il calssico collegamento Fase-Neutro (detto Centrostella), che è così antico, che ormai si chiamano gli archeologi e non gli elettricisti per intervenire quando c'è un guasto. Ora non è sufficiente dare un "6kWatt" di notte, ma si deve iniziare a dare la trifase in tutte le case e eventualmente passare, come fanno gli americani ad un sistema High Leg Delta che sbilancia meno la trifase anche con un forte prelievo in monofase, oltre ad avere un minore impatto dal punto di vista della qualità dell'alimentazione, infatti con il sistema High Leg Delta non si generano più tensioni di passo tra Neutro e PE/Terra dell'abitazione, perchè il neutro è ottenuto dalla connessone Central Tap del trasformatore, che è anche connessa alla terra dell'abitazione. Questa soluzione preserva il PFC dei carica batterie da guasti per sovratensione N-PE dovute in particolare alle fulminazioni.

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di ,

A questo proposito segnalo questa iniziativa del GSE, per ora in sperimentazione. https://www.gse.it/servizi-per-te/rinnovabili-per-i-trasporti/agevolazioni-per-la-ricarica-dei-veicoli-elettrici

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di ,

Certamente in un paese come l'Italia, ove buona parte dei contatori sono da appena 3 kW (in nessun altro paese industrializzato sono così limitati) la distribuzione a bassa tensione andrà potenziata, sia quantitativamente sia qualitativamente, così come gli impianti nei garage pubblici e privati. Ricordo anche che il progetto di rifacimento delle colonne montanti vetuste prevede che ogni utente possa avere almeno 6 kW. Inoltre, dopo la delibera 541 che prevede, a certe condizioni, di prelevare sino a 6kW in fascia F3 con contratti da 3kW, che ha carattere sperimentale, verrà il vero V1G, che significherà il controllo della potenza di ricarica da parte di un operatore di rete (un balance provider) in cambio - si spera- di un beneficio economico.

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