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Sistemi intelligenti di gestione degli impianti energetici: stato dell'arte e nuove frontiere.

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Con l'aumento degli impianti di produzione di energia elettrica basati su fotovoltaico ed eolico, aumenta al necessità di sistemi di controllo che garantiscano una distribuzione dell'energia elettrica continua e robusta, e quindi affidabile. In questo senso, i condensatori ceramici a bassi valori di tolleranza possono essere un componente chiave di questi sistemi.

Fino a questo momento, quasi l'intero ammontare della produzione di energia elettrica è stato demandato a pochi centri di produzione di tipo termico o nucleare e, dopo aver subito processi di rigenerazione e condizionamento, portato alle varie utenze, sia domestiche sia industriali. Oggi assistiamo ad un incremento davvero notevole di impianti fotovoltaici, anche di natura privata, ed altrettanti sono quelli eolici che campeggiano sui nostri edifici, una notevole quantità di energia elettrica disponibile che oggi tende ad emancipare le abitazioni ed incentivare la nascita di una cultura che si candida a risolvere il problema della crisi energetica.

Una delle sfide principali che si palesa in questo quadro è la stretta dipendenza dal fattore climatico della efficienza di questi impianti, visto che, banalmente, senza vento un impianto eolico non produce al pari di un impianto fotovoltaico che nei mesi invernali vedono la loro produzione scendere molto sotto gli standard estivi.

Le compagnie che si occupano del comparto energetico hanno di fronte a se il problema del monitoraggio continuo dei livelli di produzione e di distribuzione. A tale scopo, per evitare fluttuazioni potenzialmente nocive e deleterie, oggi vengono impiegati sistemi noti come IT switches, ovvero dispositivi intelligenti in grado di gestire interruzioni o sbalzi di tensione rilevati mediante opportuni sensori.

Tra questi, i sensori capacitivi, dei quali la TDK è produttrice, risultano componenti di vitale importanza perchè di grandissima utilità.

Tradizionalmente, molti dispositivi switch sono integrati negli impianti di distribuzione (ad esempio nelle cabine di derivazione) al fine di separare o isolare sezioni “problematiche” non appena si verifichino incidenti. La funzione di monitoraggio rappresenta, quindi, la feature pù importante.

Un aspetto importante di questi, ma non solo, componenti è la stabilità, intesa come identità delle prestazioni salvaguardata, al variare dei parametri in gioco, non ultimo la temperatura.

La configurazione base del sensore di tensione consiste in una serie di due condensatori, uno che lavori ad alti valori di tensione e l'altro che lavora, invece, a valori bassi. Al fine di garantire una precisa rilevazione delle variazioni delle linee di distribuzione, le proprietà elettriche dei condensatori in uso devono essere resistenti proprio alle variazioni di temperatura, in un range di valori che spazi dai -20 °C ai 70.

Altro parametro di riferimento è il valore della tensione RMS (Root Mean Square, ovvero valore efficace) che devono poter “tollerare”, tipicamente intorno ai 3,8 kV.

Partendo dai condensatori ceramici della serie FD, sempre di casa TDK, l'azienda ha sviluppato un nuovissimo materiale con un valore di conducibilità pari 90, per raggiungere il quale sono stati utilizzati materiali “insoliti”, composti di terre rare aggiunti alla struttura a base di bario e titanio. Il risultato, ottenuto è stato, quindi, un alto valore di conducibilità ed una notevolissima stabilità, come detto, alle variazioni di temperatura, caratteristica importantissima se la si considera nella giusta ottica, ovvero un passo intermedio verso la scalabilità.

I nuovi condensatori dimostrano un design solido e di grande durata nel tempo. Gli eletrodi sono posizionati sulle facce opposte dell'elemento ceramico e lì saldati. Il trattamento di esposizione alla resina epossica offre la possibilità di un perfetto isolamento, con notevoli vantaggi rispetto ad eventuali componenti resistive. Tutto questo, mantenendo il processo sotto controllo al fine di risultare RoHS-compliant, ovvero osservante la direttiva comunitaria sui materiali potenzialmente pericolosi e messi al bando con decorrenza già imposta dallo scorso anno.

A valle dei condensatori delle serie UHV e FK, nel range di temperatura suddetto, è possibile riconoscere segnali estremamente “puliti” (senza fluttuazioni derivanti da instabilità) e questo permette di individuare con estrema precisione tutte le fluttuazioni, in quanto componenti anormali e, di certo indesiderate.

E ciò è facile da comprendere: più è pulito il segnale di base, più facile risulta rilevare le anomalie (rumore, disturbi, interferenze).

TDK, quindi, con l'introduzione di questi nuovi componenti, si candida a rappresentare un punto di riferimento non soltanto per gli impianti presenti ma anche per quelli futuri, garantendo un utilissimo supporto alla gestione degli impianti anche in funzione di utenze per le quali la garanzia di stabilità è non soltanto auspicabile ma indispensabile, un esempio tra tutti: una struttura sanitaria.

 

 

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ritratto di Nicola Fabbri

Qualche dettaglio in più.

I TV (trasformatori di tensione) sono usati da sempre sulle linee MT e BT, quello che invece sta venendo fuori sulla distribuzione dell'energia, è che purtroppo l'aleatorietà del vento e del sole, fanno si che le aziendi produttrici e importatrici di energia fanno sempre più fatica a pianificare gli acquisti e la produzione, perchè purtroppo l'energia elettrica non puo essere accumulata, quindi se uno accende una lampadina in casa, immediatamente da qualche parte della terra c'è un generatore che deve fornire quell'energia. Se si spengono molti impianti FV o eolici in contemporanea, chiaramente qualche altra forma energetica deve immediatamente intervenire, e qui il problema è che solo le centrali idroelettriche possono in poco tempo (secondi) accendersi o spegnersi bruscamente, non certamente le nucleari, nè le termoelettriche, e l'energia in più non si puo certo dissipare...
Questo è il primo problema, il secondo è che all'origine c'era un sistema di aggancio di tensione e frequenza per poter cogenerare molto stretto, e questo sistema ha dimostrato di essere troppo critico e quindi adesso stanno ricorrendo ad una doppia soglia di accettazione dell'energia per i produttori eolici e FV, al fine di non sganciare la propria generazione di energia anche se la rete non è "perfetta". Detto così un po' in fretta. Bell'argomento comunque.

ritratto di gfranco78

Questo spunto è molto

Questo spunto è molto interessante.
C'è di che riflettere seriamente su come convertire il tutto intelligentemente alle energie alternative...!

 

 

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