ZERO,unlivinglab

delPolitecnicodiBariediENEABrindisi

perl’efficienzaenerge>caelaproto>pizzazionerapida

Prof. Ing. Massimo La Scala

Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dell’Informazione - DEI

•  Realizzatonell’ambitodel“Proge(oZERO”:laboratorioperlosviluppodiGreenTecheEfficienzaenerge/cainambienteurbanoeindustriale;

•  Usodiapparecchiatureestrumen?disimulazioneperlariduzionedeirischidella

ricercaapplicataeperlaproto/pizzazionerapida

“fromconcepttomarket”

•  LabZEROpropostodalDipar>mentodiIngegneriaEleEricaedell’Informazioneefinanziatonell’ambitodelleRe>PubblichediLaboratoridallaRegionePuglia.

IlProge=o“LabZERO”

IlLaboratorioZERO

Efficienza:unWin-WinGame?

StudioENELFounda>on

•  AspeGoccupazionali

•  Piùscenari

LaTecnologia:barrieraoopportunità?

StudioENELFounda?on2014

efficienza

Smartgrids

DovesiconcentreràR&SEnergiain3-5anni?

FonteICOM-PolitecnicodiBariOsservatorioInnovazioneEnerge?ca

LabZEROèconcepitocomeunLivinglabovvero

“auser-centered,open-innova/onecosystem,linked

toitsterritorialareabutwitha“glocal”approach”

Combinaprocessidiricerca,sviluppoe

innovazionetramiteunacollaborazioneconleimprese,iprincipaliEn?territorialieIs?tuzioni.

IlProge=o“LabZERO”

Iprincipisucuisibasal’azionediLabZEROsonoquellideiLivinglabsovvero:•  Lapartecipazioneedilcoinvolgimentodegliu/lizzatorifinalisindalleprimefasidel

processodiinnovazione;•  Sperimentazioneedimostrazionedeirisulta?scien?ficietecnologicinelmondo

reale;•  Sperimentazionedinuovimodellidibusinessedigovernanceperincluderegli

u?lizzatoridellaR&Snelprocessodiinnovazione.

LabZEROsindallafasediproposizionehacoinvolto30partnerassocia/inizialitracuiaziende,En?territorialieComuni,Associazioniindustraili,Laboratoridi

riferimentosuscalanazionale(es.RSE)

IlProge=o“LabZERO”

LabZERO è un laboratorio per laricerca applicata e lo svilupposperimentale nel se(ore dellegreenesmarttechnologies.

Si avvale del know-how delPolitecnico di Bari e di ENEA CRBrindisi ed è a(rezzato construmentazioni per lo sviluppo dimateriali e sistemi innova/vi nelcampo del risparmio energe/co,dellasostenibilitàedell’efficienzaenerge/ca.

IlContestodiricercael’integrazioneIl laboratorio si inserisce in un contesto di ricerca diconsolidata esperienza, u?lizzando le risorse intelle(uali ematerialidelPolitecnicodiBariediENEACRBrindisi.

LabZERO si avvale della collaborazione di altri partner diproge(oedaziendechenellafaseinizialediproge(ohannodato ladisponibilitàallacollaborazione, tracuiRSEe la retedeglialtrilaboratorifinanzia/conlastessamisura.

LeprincipaliaGvitàdelLabZEROCentroperilknow-how,lastrumentazione,lemetodologieper:

•  Tecnologie per il miglioramentodell’efficienzaenerge/ca;

•  TecnologieperSmartcity;•  Componen/esistemiperl’energia;•  Prove non distruGve per lacara=erizzazionemeccanica di nuovimateriali;

•  Termofis i ca de i mater ia l i dacostruzione;

•  Ricerca e cara(erizzazione dimaterialiodisposi/vinanocomposi/enanostru=ura/;

•  Smart/E-Mobility…

FastprototypingIl LabZERO si avvale della tecnologiaRTDS per a]vità di verifica, tes?ng e fast-prototyping di componen? ele(rici,ele(roniciemeccaniciindiversiambi?diapplicazioniindustriali,medianteunSimulatore“real/me”digitaleingradodieseguireproveinmodalità“hardwareintheloop”(HIL).

IlLabZerodisponeanchediunamplificatoredipotenzaperapplicazioni“powerhardwareintheloop”(PHIL),concuièpossibilesimulareintemporeale(inpotenza)re?ele(riche,smartgridesistemiibrididienergia.

Mediante tecnichediPHILèpossibile testare su scenari realis?ci il funzionamentodi apparecchiature,diDistributedEnergy Resources (DERs), sistemi V2G, sistemi di accumulo, che possono essere simulate con tecnologie RTDS,amplifica?econnessiadunsistemadidistribuzionereale.

L’abbinamento della tecnologia PHIL con la Microgrid Test Facility consente di provare nuovi componen/ per ilcontrollodellemicrore/.

La test facility al LabZERO è effe(uatamediante tecnologia Opal RT OP5600 RTDSequipaggiato con 12 3.3 GHz core e unaschedaFPGAprogrammabilecon32analogI/O, 64digital I/0, e unamplificatore TriphasePM15A30F30 15 kVA bidirezionale, con 3canalioutputchepossonoessereu?lizza?pervarieconfigurazioniACe/oDC.

Un’apparecchiaturapertu=e…RealTimeDigitalSimula/on

•  RapidPrototyping•  ClosedLoopTes?ngofPhysicalDevices•  Protec?veRelaySystemTes?ng•  IEC61850DeviceTes/ng•  ControlsystemTes?ng•  Educa?on&Training(ancheOTS)•  PowerHardwareintheloop

PowerHardwareIntheLoop

ApplicazioniRTDSnellaMobilità

(Toyota,Honda,fuelcellhybridelectricalvehicles).

TestFacility

Proveaerodinamichediturbineeoliche

§  Mediante la galleria del vento del LabZERO èpossibileanalizzare inmodorealis?co l’effe(odiostacoli e perturbazioni del vento sulleprestazioni di turbine eoliche per applicazioniurbane(SmartCi?es).

§  Tale lineadiricercaèdedicataasperimentazioni

di ?po aerodinamico e acus?co ed in par?colarmodo di turbine per mini-eolico anche in scala1:1,editurbinedimedia-grandetagliainscala.

§  Leprove e le consulenzeper le imprese esternesono effe(uate a(raverso un tunnel del ventoaperto, cara(erizzato da un diametro di 5,4 m,velocità massima del vento di 12 m/s e flussod'ariadi900.000m3/h.

Sperimentazionesusistemaintegratodicombus/oneabiomassa,caldaiaarecuperoperproduzionedivaporeemicroturbina

•  Tra le a]vità del LabZERO si riporta anche lasperimentazioneorientata allo sviluppodimotorirota?vi a vapore per impian? alimenta? dacombus?onedibiomasse.

•  In par?colare la strumentazione è composta da

una caldaia a recupero combinata ad uncombustoreabiomassa.

•  Obie]vo è la possibilità di u/lizzare rotori di

compressore a vite con funzionamento inversoper far espandere le piccole portate di vaporeprodo=einimpian/dipiccolataglia.

Lasceltatecnicadiu?lizzareunacaldaiaarecuperoeuncombustoreabiomassahaconsen?toinoltredirealizzareunproto/po di turbina a gas con componen/di derivazioneautomo>ve, quindi abasso costo,al fine di effe(uaresperimentazioni sugli scambiatori di calore per turbine a gas a combus?one esterna (ad esempio alimentate abiomassa), con lapossibilitàdi realizzaremacchinediquesto?poacos?ben inferiori rispe(oaquelliesisten?sulmercato.

SustainableManufacturing:CryoTes/ngandRecycling

ü  IlCRYO-LABèfinalizzatoallasperimentazioneditecnichecriogeniche per la separazione dei materiali nellosmal/mentoericiclaggiodeipannellifotovoltaiciarriva/afinevita.

ü  Il CRYO-LAB del laboratorio effe(ua prove a bassissima

temperaturaedè compostodaun sistemadi adduzionedel ve(ore criogenico (azoto liquido), un serbatoioprimario in pressione, da una linea di adduzione ed unsistemadiregolazionedelflusso.

ü  Secondo i test preliminari, le tecniche criogeniche consentono diseparare le fe(e di silicio a livello ele(ronico e riu?lizzarlo con bassisforzi di recupero, rendendo il riciclaggio fotovoltaico altamentesostenibile.

ü  Ilmetododiseparazionecriogenicaèinnova?voeesclusivodiLabZERO

edè registratomediante ilbreve=o internazionalen.BA2013000021“Processo criogenico per il recupero di materiali rigidi mono/poli-cristalliniodamorfirives//conmaterialiplas/ci”.

ü  Un obie]vo di LabZERO è quello di raggiungere un livello diindustrializzazione del breve(o che consenta un livello adeguato diprodu]vità.

HighPerformanceBuildingMaterialsü  LabZEROpuòinoltreforniresupportonelse(oredei

materialidacostruzioneper laricerca, l’innovazioneelacer?ficazionediprodo].

ü  In par?colare, il laboratorio può testare nuovi

materiali e componen? per la ricerca e laqualificazione in conformità alle norma?ve vigen?.Possono essere collauda/ materiali ad altoisolamentoeadaltatolleranzadell'umidità.

ü  Le proprietà igrometriche che possono esseremisurate in questa stru(ura sono la condu]vitàtermica, la diffusività termica, la capacità termicaspecifica, laporosità, lamicrostru(ura, l'isotermadiassorbimento e desorbimento, la permeabilità delvaporeacqueo.

ü  Il LabZero nell’ambito della cer?ficazione deimateriali per l’edilizia dispone di camera clima/ca,picnometro a gas per misure di precisione sulladensità dei materiali, Gas absorp/on Analyzer eapparecchiature per la misura di trasmi=anzatermicainopera.

ProvenondistruGveperlacara=erizzazionemeccanicadimaterialiestru=ure

Nellaboratoriodinanosonicasonodisponibiliinfrastru(urepereffe(uareprovedi?ponondistru]vo,cheimpieganoillaserperlagenerazionedegliultrasuoni.Le prove sperimentali sono indirizzate alla cara=erizzazionemeccanica deimateriali innova/vi, quali per esempio imateriali composi/ e i materiali biologici, e alla determinazione degli sta? di sforzo, di ?po applicato e/o di ?poresiduo, chepossonoesserepresen?neimateriali, per esempio a seguitodell’applicazionedi una forza esterna e dideformazioniplas?chesubiteduranteunprocessodilavorazione.

La tecnica nota come “ultrasonica laser” risulta esserea(ualmentelapiùprome(entenelcampodelladiagnos?canon distru]va, in quanto consente misure sperimentalimoltoaccurate.

Vantaggi:

ü misurepuntualieaccuratedellevelocitàultrasonoreneimateriali,ancheinprossimitàdilesioniedife];

ü  ispezionesugeometriecomplesse;

ü tempi di ispezione più rapidi e conseguentemente cos/minori;

ü elevata ripe/bilità dei risulta/ rispe(o alle classichemodalitàdiprovaperconta(o.

UnitàENEACrBrindisiLe infrastru(ure di competenza dell’ENEA CR-Brindisi, partner del proge(o,sonofinalizzateada]vitàdi:

ü Laboratorio per lo sviluppo e il test di materiali e disposi/vi per lagenerazionetermoele=rica(TEG)dacalorediscartoofontesolare(STEG)inconfigurazione ibrida fotovoltaico-termoele=rico (PV-TEG) e/o termico-termoele=rico(TG-TEG)”.

ü Simulazioneeproge=azionedisistemisolariaconcentrazione.

ü MisuraperladeterminazionediparametriMeteo-Clima/ciedambientali.

ü Testdiimpian/diSolar-Cooling.

PrincipaliaGvitàdimisura,verificaecollaudo

ü  Verificaetaraturadisistemidiprotezionediimpian?ele(rici

ü  Misuredicampiele=romagne/ciabassafrequenza

ü  Provedirigiditàdiele=ricasucaviü  Principalimisuredalaboratorioele(rotecnico

ü  Principalimisureilluminotecnicheü  Proge(azioneecollaudodischededicontrolloü  Misureperimpian/diterra

ü  Misuredicortocircuitoecorren/diguastoaterra

ü  Proto/pizzazionerapidadiapparecchiatureele=richeü  Testdicomunicazioneeintegrazioneinretecon

disposi/viIEC61850

ü  Testsuimpian/dimini-eolico

ü  Cara(erizzazionemeccanicadeimaterialitramiteinterferometrialaserenanosonica

ü  Ciclitermicidiprovasuimaterialitramitecameraclima?ca

ü  Ciclitermicidiprovaperba(eriealli?o

ü  Testdiimpian/diSolar-Cooling

Sonostatesvoltealcunea]vitàdiricercaconpartecipazioneaiseguen?proge]:ü  “Studio di faGbilità preliminare per la creazione di uno smart industrial Energy

DistrictnelpoloindustrialediBrindisi”-ConfindustriaBrindisi.ü  Proge(o di ricerca “AIUTI A SOSTEGNO DEI CLUSTER TECNOLOGICI REGIONALI PER

L'INNOVAZIONE - Titolo “Energy Router e Strumen/ di Controllo Cloud per SmartGrid”Cod.Id.HX8HXI1.Partnerdiproge(o:

v FinconsSpA,v  ALI6Srl,v  EMISrl,v  GarofoliSpA,v  GEMICT–Research&developmentSrl,v  GinexGaetano,v  SICDivisioneEle(ronicaSrl.

ObieGviprincipalidiproge=o

Costruireunareteprivatadicollegamentotra le impreseaderen?alproge(oalfinedi:•  Favorirel’integrazionedelleinfrastru(ureenerge?che•  Incrementare l’autoconsumoe l’efficienzaenerge?caall’internodellazonaindustrialediBrindisi

•  Garan?reladisponibilitàdicollegamen?dimutuosoccorsotraleimprese

•  Incrementare disponibilità e qualità del servizio ele=rico(immunizzazionedabuchiditensioneedisalimentazionidilungadurata)

•  RiconoscimentodeibeneficidiSistemadiDistribuzioneChiusooReteInternadiUtenza

•  Cos/tuzionediunPremiumPowerParkindustriale

Costodovutoallemicrointerruzionipericlien/industriali

NelDCO42/10dell’AEEGèriportatounostudiocheriportailcostodovutoallemicrointerruzioni(interruzionitransitorieebuchiditensione)periclien?industrialicomesegue:

•  se(oriosserva?:lamedianadeicos?dire]totaliannuièstatas?mataa267,8M€/anno(minimo:252,1M€/anno,massimo:296,3M€/anno);

•  se(oripotenzialmentesensibilimanonosserva?:icos?dire]totaliannuisonosta?s?ma?a315,6M€/anno;

•  icos?indire]totaliannuipermicrointerruzioniperilsistemaeconomicoitalianosonosta?s?ma?a196,8M€/anno.

Las?madeicos/totaliannuisostenu?daiclien?industrialiperlemicrointerruzioniportaavaloriinunintervallocompresotraun valoreminimopari a 449M€/anno (con l’ipotesi estrema che i se4ori potenzialmente sensibili nonosserva8abbianocos8nulli)eunvaloremassimoparia809M€/anno.Tu]ivalori riporta?sonoriferi?amonetadell’anno2006.

Cos/dellemicrointerruzioniperdiversise=oriindustriali:costodire=opereventoperkW(espressoineurodell’anno2006).Fonte:DIGdelPolitecnicodiMilano

Analisideicos/direGdeidisposi/viperlami/gazionedeidisturbi

Ilnumeroannuoa(esodiinterruzionialdiso(odellacurvadiclasse3:•  15÷20pergliuten?conun’alimentazionediqualità“media”;•  almeno70nelcasodiWSC95%.

Ques?da?sitraduconoincos?dire]causa?daglieven?diPQedunas?madeicos??picidelleinterruzionièriportatanellatabella:

Cos//picidelleinterruzionitransitorieperse=oriindustriali(in$/kW).Fonte:EPRI,2005

ENI

GE-Avio

SFIR

Jindall

Sanofi

Processispeciali

Qualità del Servizio (media buchi di tensione)

Valori medi (Puglia 2014) – fonte QuEEN

Valori medi (Puglia 2015) – fonte QuEEN

Tensione residua

20-200 ms

200-500 ms

500-1000 ms

1-5 s 5-60 s

80-90% 55,1 12,5 1,7 0,2 0,070-80% 13,2 10,6 0,1 0,0 0,040-70% 12,9 10,4 0,7 0,0 0,05-40% 3,5 2,3 0,3 0,0 0,01-5% 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Tensione residua

20-200 ms 200-500 ms

500-1000 ms

1-5 s 5-60 s

80-90% 51,3 14,7 1,2 0,4 0,070-80% 14,9 9,1 0,5 0,0 0,040-70% 14,6 16,4 0,6 0,3 0,05-40% 9,2 4,6 0,1 0,0 0,01-5% 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

Qualità del Servizio (benefici attesi )

•  L’Autorità (AEEGSI) stima che il costo di ogni buco di tensione sia di 2,9 €/kW (sottostimato per il nostro caso).

•  Nel caso del sistema in esame, considerando le imprese attualmente non collegate in una RIU, la stima di costo è di circa 100.000 €/buco di tensione (stima conservativa poiché alcune aziende stimano il costo di ogni interruzione nello stabilimento tra 50.000 – 500.000€)

•  Assunto che il sistema riesca a garantire immunità dal 90% dei buchi di tensione i benefici sono:

•  Caso medio: 3.600.000 €/anno •  Caso peggiore: 10.620.000 €/anno •  Caso atteso: 6.300.000 €/anno

Sintesi dei risultati preliminari

•  Costo dell’investimento circa 50.000.000 € •  Benefici per incremento di qualità del servizio e

immunizzazione da buchi di tensione tra 3.600.000- 10.600.000 €/anno (valore atteso 6.300.000 €/anno)

•  Eventuali benefici per riduzione costi su servizi di rete (1.800.000 €/anno)

•  Eventuali benefici per riduzione costi su oneri generali (9.400.000 €/anno)

•  Stime a vantaggio di sicurezza: Ø tutti i benefici sono stati calcolati considerando le sole

imprese partecipanti e non eventuali altre imprese aderenti Ø  le apparecchiature principali del sistema elettrico sono state

dimensionate per la potenza massima disponibile localmente (circa 100-150 MVA)

Piano Industria 4.0

Conclusioni

IlLaboratoriooperainuncontestodiesperienzadiricercaconsolidatocos?tuitodalPolitecnicodiBariedelCentrodiRicercaENEAdiBrindisi;Sindallasuaproposizionecollaboraconpartnerassociateesterniedintendeestenderequestacollaborazioneconleaziende.Lasuamissioneconsisteinunacooperazionestrategicaconleimprese,Iprincipalistakeholdersedaltricentridiricercapromuovendounapprocciomul/disciplinareessenzialeperlosviluppoditecnologieinnova?venell’areadellaefficienzaenerge/caedellasostenibilitàambientale.Intendesvilupparenuovimodellidiorganizzazioneegovernancetraen?tàanalogheeconilmondoindustriale.IlPianoIndustria4.0offrestrumen?concre?dicollaborazioneperlepartnershippubblico-private.

“FromSmartGridstoSmartCi/es:NewChallengesinOp/mizingEnergyGrids”

Alcune informazioni riportate inprecedenza sono consultabili nellibro “From Smart Grids to SmartCi8es”,editoreISTE-Wiley,2017http://eu.wiley.com/WileyCDA/WileyTitle/productCd-1848217498.html