Black start con accumulo di energia (Black start): inverter ibrido come accumulo di energia in grado di black start? Contro le interruzioni temporanee di corrente ed i blackout

La maggior parte degli inverter non è in grado di effettuare l'avvio in assenza di corrente. Con alcuni inverter, è possibile effettuare l'avvio in assenza di corrente caricando una batteria separata prima di accendere l'inverter. Tuttavia, questo non è sempre possibile e dipende dal tipo di inverter.

La nuova generazione di inverter ibridi con capacità di black-start è dotata di un interruttore di trasferimento di potenza di backup, che consente a carichi selezionati di continuare a ricevere alimentazione di emergenza durante un'interruzione di rete. Questa alimentazione di backup consente all'inverter ibrido di funzionare anche in caso di black-start. È supportata anche la ricarica solare, consentendo alla batteria di continuare a caricarsi durante un'interruzione di rete per alimentare i carichi.

Serie di inverter ibridi Fronius Prim GEN24 Plus

La serie di inverter ibridi Fronius Prim GEN24 Plus è in grado di avviarsi senza alimentazione di rete – Immagine: Xpert.Digital / Sergey Nivens|Shutterstock.com

La serie di inverter ibridi Fronius Prim GEN24 Plus è in grado di avviare la rete elettrica anche in assenza di corrente.

Inverter ibrido GoodWe 5-10KW serie ET Plus

Inverter ibrido per la casa e l'accumulo di energia – di GoodWe – Immagine: Xpert.Digital / Sergey Nivens|Shutterstock.com

L'inverter ibrido GoodWe serie ET Plus da 5-10 kW è dotato di una funzione di alimentazione di backup ad alta tensione (UPS). In caso di interruzione di corrente, la commutazione entro 10 millisecondi garantisce un'alimentazione ininterrotta per i dispositivi collegati.

La serie di inverter ibridi trifase GoodWe ET-Plus è progettata per garantire un'alimentazione elettrica stabile per i carichi collegati. Questi dispositivi sono dotati di un'uscita di alimentazione di emergenza trifase con corrente trifase e un intervallo di potenza di 5 kW, 6,5 kW, 8 kW e 10 kW.

L'ampio intervallo di tensione della batteria, da 180 V a 550 V, consente una compatibilità flessibile con diversi sistemi di batterie al litio presenti sul mercato.

La potenza del generatore fotovoltaico in ingresso può superare la potenza nominale fino al 30%. Ciò si traduce in una migliore resa energetica sia nelle giornate calde che in quelle molto fredde. La funzione UPS (gruppo di continuità) consente la commutazione entro 10 millisecondi in caso di interruzione di corrente. L'inverter è inoltre dotato di un'interfaccia aperta per la gestione della batteria, che soddisfa i requisiti di alcuni fornitori di energia.

L'inverter ibrido GoodWe è dotato di un collegamento alla batteria ad alta tensione e di due inseguitori MPP separati e indipendenti, offrendo così un pacchetto completo. Questo dispositivo può essere aggiornato tramite l'app GoodWe PV Master e i dati vengono trasmessi al portale gratuito GoodWe SEMS tramite l'interfaccia Wi-Fi integrata.

Gli inverter HUAWEI sono in grado di fornire alimentazione di emergenza?

No, al momento non abbiamo informazioni su se e quando verrà rilasciato qualcosa in merito.

La tecnologia del sistema solare Enphase con microinverter è in grado di fornire energia di emergenza?

A differenza di un inverter di stringa, che monitora centralmente tutti i moduli solari collegati, in un sistema solare decentralizzato ogni modulo solare è abbinato a un microinverter Enphase.

Maggiori informazioni qui:

• Nuovo e innovativo: sistema solare plug & play decentralizzato e modulare, diverso dagli altri

Il controller di sistema Enphase IQ non è ancora disponibile in Germania, ma dovrebbe essere lanciato quest'anno (2023). Rileva un'interruzione della rete elettrica e commuta automaticamente l'alimentazione della casa dalla rete elettrica all'alimentazione di backup.

Inoltre, grazie al nuovo microinverter Enphase IQ8, l'impianto solare è in grado di fornire energia di emergenza in caso di interruzione di corrente, senza bisogno di un sistema di accumulo a batteria.

Il microinverter è disponibile in quattro versioni: una versione solo solare senza alimentazione di emergenza, una versione Sunlight Backup in grado di funzionare fuori dalla rete senza accumulo a batteria, una versione Home Essentials Backup con una piccola unità di accumulo a batteria e una versione Full Energy Independence con una grande unità di accumulo a batteria. Tutte e tre queste soluzioni fuori dalla rete richiedono un Enphase System Controller per alimentare la casa con energia solare durante un'interruzione di corrente.

Un black start è il ripristino del funzionamento di una centrale elettrica o di una parte di una rete elettrica dopo un arresto totale o parziale, senza dover ricorrere alla rete di trasmissione di energia esterna.

L'energia necessaria per riavviare una centrale elettrica può provenire da un generatore di riserva in loco. In alternativa, se è necessaria una grande quantità di elettricità, è possibile utilizzare una linea di collegamento a un'altra centrale elettrica per riattivare l'impianto. Una volta che le unità di generazione principali sono operative, la rete di trasmissione elettrica può essere ricollegata e i carichi elettrici ripristinati.

L'erogazione di energia elettrica in caso di black-start può essere garantita tramite un accordo in cui uno specifico fornitore di energia viene pagato per fornire energia in caso di black-start quando necessario. Non tutte le centrali elettriche sono adatte a fornire energia in caso di black-start alla rete.

La capacità di avviamento in assenza di corrente è particolarmente importante durante un'interruzione di corrente diffusa per ripristinare la rete elettrica. Normalmente, l'energia necessaria per avviare un gruppo elettrogeno viene prelevata dalla rete. L'energia proveniente da gruppi elettrogeni abilitati all'avviamento in assenza di corrente può quindi essere utilizzata per avviare gruppi elettrogeni che non lo sono.

A differenza delle centrali idroelettriche, le centrali termoelettriche richiedono un elevato livello di energia (elettrica) per il proprio uso prima di poter fornire energia elettrica o termica. Aggiungendo un'unità con capacità sufficiente per il black-start a una centrale a carbone o nucleare, è possibile ottenere la capacità di black-start per l'intero sistema. Questo di solito comporta turbine a gas che vengono avviate utilizzando l'energia di batterie o generatori diesel durante un black-start. I generatori diesel sono spesso presenti nelle centrali nucleari per motivi di ridondanza, poiché il calore residuo di decadimento viene generato anche dopo uno scramble del reattore in caso di emergenza (o anche durante un normale spegnimento), e deve essere dissipato dal refrigerante. Il guasto di questo sistema è stato uno dei fattori che hanno portato all'incidente del reattore di Fukushima. Ogni rete elettrica deve essere dotata di un numero sufficiente di centrali con capacità di black-start per garantire un rapido riavvio della rete dopo un'interruzione di corrente.

Una centrale elettrica in grado di avviarsi senza alimentazione di rete deve avere caratteristiche particolari:

• Dovrebbe essere in grado di avviarsi rapidamente: se l'avvio senza alimentazione impiega molto tempo, la centrale elettrica non può contribuire a riavviare una rete in panne; altre centrali elettriche potrebbero già aiutarla durante l'avvio, e la sua capacità di avvio senza alimentazione diventa quindi inutile.
• Deve poter funzionare indipendentemente da fonti di energia esterne: non solo il processo di pura produzione di energia, ma anche altri requisiti ausiliari devono funzionare indipendentemente dalla rete (centro di controllo, sistemi telefonici e di comunicazione con il gestore e la gestione della rete, sottostazione, ecc.). Se necessario, è possibile il funzionamento in isola con una sottorete (per alimentare utenze critiche come polizia, ospedale, vigili del fuoco, THW [Agenzia federale per il soccorso tecnico]).
• Inoltre, una centrale elettrica con capacità di avviamento senza alimentazione di rete dovrebbe essere in grado di sopportare un'elevata corrente di avviamento se non fosse possibile scollegarla in anticipo dalla rete.
• Dovrebbe avere un comportamento di avvio flessibile.

Esempi di centrali elettriche utilizzate in Germania in grado di avviare (direttamente) la rete elettrica sono:

• Centrali idroelettriche, tra cui impianti ad acqua fluente, impianti di accumulo, impianti di pompaggio e
  centrali a turbina a gas, anche in combinazione con altre tipologie di centrali elettriche, come centrali nucleari o a carbone.
  Secondo il monitoraggio ai sensi dell'articolo 35 della legge tedesca sull'industria energetica (EnWG), in Germania (al 2020) erano presenti 174 impianti (unità di centrale elettrica o turbine) in grado di avviarsi senza corrente, ciascuno con una potenza nominale netta di almeno 10 MW.
• In Austria, ci sono un totale di 32 centrali elettriche con capacità di black-start confermate e un numero imprecisato di centrali elettriche con capacità di black-start non confermate. Per molte delle centrali confermate, tuttavia, i modelli specifici non sono noti al pubblico. Le più note e grandi di queste sono le centrali ad accumulo di pompaggio di Malta e Kaprun, con capacità rispettivamente di 850 MW e 813 MW.

Non tutti gli impianti di generazione di energia sono adatti al black start. Le turbine eoliche non sono sempre adatte al black start perché il vento potrebbe non essere disponibile quando necessario. Le turbine eoliche, le minicentrali idroelettriche o le microcentrali idroelettriche sono spesso collegate a generatori a induzione che non sono in grado di fornire energia per ripristinare la rete. Il sistema di black start deve inoltre essere stabile quando funziona con l'elevato carico reattivo di una lunga linea di trasmissione. Molte stazioni di conversione in corrente continua ad alta tensione (HVDC) non possono inoltre immettere in una rete "morta" perché richiedono potenza di commutazione dalla rete sul lato carico. Un sistema HVDC basato sulla modulazione di larghezza di impulso (PWM) con un convertitore di tensione non presenta questa limitazione.

Uno dei motivi principali per cui le centrali termoelettriche raramente riescono a effettuare avviamenti senza avviamento è la contrazione e l'accorciamento dell'albero della turbina quando si raffredda dalla temperatura di esercizio a quella ambiente. A quel punto, si inceppa nella cassa e non può essere ruotato né rimosso; per riavviare la centrale, deve prima essere preriscaldato in modo che possa ruotare di nuovo liberamente prima che il vapore caldo possa fluire al suo interno.

Quando una centrale termoelettrica viene spenta, l'albero della turbina si riscalda in tempo utile affinché la centrale possa essere riavviata all'orario previsto.