Questo progetto è stato realizzato in Sudafrica per soddisfare i requisiti di alimentazione di emergenza, gestione del carico e ottimizzazione energetica di un cliente commerciale e industriale locale. Il sistema è composto da due armadi di accumulo di energia raffreddati ad aria da 125 kW/241 kWh, che forniscono una potenza nominale totale di 250 kW e una capacità di accumulo di energia totale di 482 kWh.

Il sistema supporta il funzionamento in parallelo di più unità, consentendo l'aggiunta di ulteriori armadi di accumulo di energia in base alla crescita futura del carico e alle mutevoli esigenze di energia elettrica.

In alcune regioni del Sudafrica, la capacità limitata della rete elettrica, le interruzioni di corrente e le fluttuazioni di tensione possono interrompere la produzione, il funzionamento delle apparecchiature e le normali attività commerciali. Le soluzioni tradizionali con generatori diesel comportano elevati costi di carburante e manutenzione, oltre a rumore, emissioni e una complessa gestione quotidiana.

Per soddisfare le esigenze del cliente in termini di affidabilità dell'alimentazione, controllo dei costi e facilità di manutenzione, questo progetto adotta una soluzione integrata di accumulo di energia a batteria raffreddata ad aria. Il sistema migliora la capacità di alimentazione di riserva, ottimizza il consumo di elettricità e riduce la pressione sulla rete durante i periodi di picco della domanda, fornendo al cliente un approvvigionamento energetico più stabile, flessibile ed economicamente vantaggioso.

2. Configurazione di sistema

Il progetto comprende due armadi di accumulo di energia raffreddati ad aria, installati all'aperto, ciascuno con una potenza nominale di 125 kW e una capacità di accumulo di energia di 241 kWh.

Quando operano in parallelo, le due unità forniscono:

• Potenza nominale totale: 250 kW
• Capacità totale di accumulo di energia: 482 kWh
• Potenza nominale della singola unità: 125 kW
• Capacità di accumulo per singola unità: 241 kWh

Ciascun armadio integra il sistema di batterie, il sistema di conversione di potenza (PCS), il sistema di gestione delle batterie (BMS), il sistema di gestione dell'energia (EMS), il sistema di controllo della temperatura, il sistema antincendio e i componenti di protezione elettrica.

Questa progettazione altamente integrata riduce le attività di installazione delle apparecchiature e di messa in servizio del sistema in loco. Inoltre, accorcia i tempi di implementazione del progetto e minimizza i rischi di incompatibilità tra i diversi componenti del sistema.

3. Strategia operativa del sistema

In condizioni normali di rete, il sistema può caricarsi durante i periodi di bassa domanda o con tariffe più basse, in base alla strategia operativa del cliente. L'energia immagazzinata può quindi essere rilasciata durante i periodi di picco della domanda per ridurre il consumo di picco della rete e ottimizzare il profilo di consumo elettrico del cliente.

In caso di interruzione di corrente, fluttuazione di tensione o insufficiente alimentazione della rete elettrica, il sistema di accumulo di energia può supportare i carichi critici in base alla strategia di controllo configurata. Ciò contribuisce a ridurre i tempi di inattività della produzione, le interruzioni dell'attività e le perdite causate da guasti imprevisti all'alimentazione elettrica.

Il sistema EMS monitora e coordina costantemente la rete elettrica, le apparecchiature di accumulo di energia e i carichi in loco. Regola automaticamente le strategie di carica e scarica in base alla domanda di carico, allo stato di carica della batteria e alle condizioni operative del sistema, migliorando l'efficienza complessiva dell'utilizzo dell'energia.

4. Progettazione del sistema di raffreddamento ad aria

Il progetto adotta un'architettura di raffreddamento ad aria collaudata. Canali di flusso d'aria interni ottimizzati e sistemi di monitoraggio della temperatura garantiscono una dissipazione del calore continua per i moduli batteria e le apparecchiature di conversione di potenza.

Rispetto ai sistemi di raffreddamento a liquido più complessi, la soluzione di raffreddamento ad aria elimina tubazioni di raffreddamento, refrigerante, pompe e altri componenti di circolazione del liquido. Ciò si traduce in una struttura del sistema più semplice, ispezioni di routine più agevoli e una manutenzione a lungo termine più conveniente.

Il design con raffreddamento ad aria contribuisce inoltre a ridurre l'investimento iniziale in attrezzature e i costi di esercizio e manutenzione a lungo termine.

Per resistere alle alte temperature e alle condizioni polverose presenti in alcune zone del Sudafrica, l'apparecchiatura utilizza un involucro esterno resistente agli agenti atmosferici, combinato con meccanismi intelligenti di ventilazione, controllo della temperatura e protezione del sistema. Queste caratteristiche migliorano la stabilità operativa in condizioni ambientali difficili.

5. Controllo intelligente e gestione della sicurezza

Il sistema integra tre piattaforme di controllo principali: PCS, BMS e EMS. Insieme, coordinano la gestione della batteria, la conversione di potenza, il monitoraggio del sistema e la distribuzione dell'energia.

Il BMS monitora costantemente la tensione, la temperatura, la corrente, lo stato di carica e lo stato operativo delle celle della batteria. Quando viene rilevata una condizione anomala, il sistema può emettere un allarme e attivare le corrispondenti misure di protezione.

Il PCS gestisce la conversione energetica bidirezionale tra il sistema di batterie e il sistema di alimentazione CA, mentre l'EMS sviluppa ed esegue strategie di carica e scarica in base al fabbisogno energetico del cliente.

Grazie a meccanismi di monitoraggio, allarme e protezione multilivello, il sistema è in grado di identificare e contrastare rischi operativi quali sovratensione, sottotensione, sovracorrente, surriscaldamento, cortocircuiti e guasti alle comunicazioni. Ciò migliora la sicurezza e l'affidabilità complessive del sistema di accumulo di energia.

6. Valore applicativo del progetto

Il sistema fornisce supporto energetico ai carichi critici quando l'alimentazione dalla rete è insufficiente o interrotta, riducendo le perdite di produzione e operative causate dalle interruzioni di corrente.

Durante il normale funzionamento, il sistema di accumulo di energia può anche svolgere funzioni di riduzione dei picchi di domanda, spostamento del carico e ottimizzazione del consumo di elettricità. Ciò riduce la pressione dei picchi di domanda e migliora la capacità del sistema di distribuzione elettrica esistente del cliente.

Grazie all'utilizzo di sistemi di accumulo di energia a batteria, il cliente può evitare o posticipare costosi interventi di ammodernamento di trasformatori e altre infrastrutture elettriche, beneficiando al contempo di un accesso più flessibile all'energia.

Il sistema modulare supporta l'espansione in parallelo. Ulteriori armadi di accumulo energetico possono essere installati man mano che aumenta la capacità produttiva, il numero di apparecchiature o la domanda di energia elettrica. Ciò contribuisce a evitare investimenti iniziali eccessivi e migliora la scalabilità a lungo termine del progetto.

Grazie al suo design integrato, alla gestione intelligente dell'energia, ai costi di investimento complessivi ridotti e alla comoda manutenzione a lungo termine, questo progetto rappresenta un valido riferimento per le applicazioni di accumulo di energia in ambito commerciale e industriale in Sudafrica e in altri mercati caratterizzati da temperature elevate o da reti elettriche deboli.