Ruolo del veicolo elettrico come Risorsa Energetica Distribuita (DER). Analisi tecnico-economica di un sistema bidirezionale di ricarica del veicolo elettrico.

The evolution of electrification around the world involves a transition from traditional Centralized Generation to more efficient Distributed Generation, in which so-called Distributed Energy Resources (DERs) play the leading role. DERs include generators, energy storage systems and controllable loads. Thus, photovoltaic systems, wind turbine, etc., can be associated to electric vehicle batteries and their charging systems (EVSE). The EVSE-EV pair can operate in charging mode only (V1G) or, if there is a bidirectional power flow, in charging/discharging mode (V2G). This function allows the grid to see the EV as an energy storage system, thus equivalent to a generator. A suitable power electronic converter must be used to enable bidirectional power flow. In this regard, an AFE-DAB (Active Front-End - Dual Active Bridge) system, is chosen as an application solution to the problem posed. The study faces in the first chapter the supply and demand in both the global and European markets for electric vehicles and charging infrastructure, which are then better defined in the second chapter. In the third chapter, an overview of both low-level and high-level communication protocols used for vehicle - charging infrastructure - network operator data exchange is proposed. In the fourth chapter follows an overview of network codes and network support functions that can be provided by DERs. Grid codes provide guidelines related to transmission, dispatch, and security services for the electric grid and technical connection rules. They are drafted by network operators (TSOs) according to guidelines set by law or by the Regulatory Authority. The paper concludes with an analysis of the techno-economic feasibility of a bidirectional AFE-DAB converter for use in an EV charging station of a low-voltage residential user equipped with a PV system. Revenues that can be achieved by providing ancillary grid services and costs avoided through self-consumption are considered. The analysis shows the cost-effectiveness of bidirectional charging and provides insights into the sustainable level of power converter prices.

L’evoluzione dell’elettrificazione nel mondo comporta una transizione da una tradizionale generazione centralizzata ad una più efficiente Generazione Distribuita, nella quale rivestono il ruolo di protagonisti le cosiddette DER (Risorse Energetiche Distribuite). I DER comprendono generatori, sistemi di accumulo di energia e carichi controllabili. Quindi ai sistemi fotovoltaici, eolici, ecc., è possibile associare le batterie dei veicoli elettrici e i loro sistemi di ricarica (EVSE). La coppia EVSE-EV può funzionare solo in modalità ricarica (V1G) oppure, in presenza di un flusso di potenza bidirezionale, in modalità carica/scarica (V2G). Questa funzionalità permette alla rete di vedere il veicolo elettrico come un sistema di accumulo di energia, equivalente quindi ad un generatore. Per abilitare il flusso di potenza bidirezionale occorre ricorrere ad un idoneo convertitore elettronico di potenza. A tal proposito, un sistema AFE-DAB (Active Front-End – Dual Active Bridge), viene scelto come soluzione applicativa al problema posto. Lo studio affronta nel primo capitolo la domanda ed offerta sia sul mercato mondiale che europeo dei veicoli elettrici e delle infrastrutture di ricarica, che sono poi meglio definite nel secondo capitolo. Nel terzo capitolo viene proposta una panoramica dei protocolli di comunicazione sia a basso che ad alto livello, utilizzati per lo scambio dati veicolo – infrastruttura di ricarica – operatore di rete. Segue nel quarto capitolo una panoramica dei codici di rete e delle funzioni di supporto alla rete che possono essere fornite dai DER. I codici di rete forniscono le linee guida relative ai servizi di trasmissione, dispacciamento e sicurezza della rete elettrica e le regole tecniche di connessione. Sono redatti dagli operatori di rete (TSO) secondo le indicazioni stabilite dalla legge o dall'Autorità regolatrice. Il lavoro si conclude con una analisi della fattibilità tecnico-economica di un convertitore bidirezionale AFE + DAB da impiegare in una stazione di ricarica EV di un utente residenziale in bassa tensione dotato di un impianto fotovoltaico. Sono presi in considerazione i ricavi che si possono ottenere fornendo servizi ancillari di rete e i costi evitati grazie all’autoconsumo. L’analisi mostra la convenienza della ricarica bidirezionale e fornisce indicazioni sul livello sostenibile dei prezzi del convertitore di potenza.