e-Mobility: opportunità per il rilancio

Quest’anno, così controverso a causa della pandemia in atto, ha rivelato una grande sorpresa: il numero dei veicoli elettrici è cresciuto rapidamente, complice l’introduzione lo scorso anno dell’ecobonus per le auto meno inquinati. È facile prevedere, quindi, un’importante incremento nei prossimi anni del parco auto dei veicoli elettrici circolanti nelle nostre strade.

Connessione alla rete elettrica

L’aumento della domanda di veicoli elettrici (BEV – Battery electric vehicle o PHEV – Plug-in Hybrid Electric Vehicle) non è stato un fenomeno improvviso, in quanto è stato preceduto da una previsione normativa che ha riguardato le modalità di connessione alla rete elettrica sia da parte dell’ARERA – Autorità di Regolazione Energia Reti e Ambiente che del CEI – Comitato Elettrotecnico Italiano.

In particolare, le norme relative alle infrastrutture di ricarica dei veicoli elettrici hanno riguardato, negli ultimi anni, sia gli aspetti relativi alla sicurezza elettrica, sia quelli delle prestazioni e, non certo trascurabile, l’unificazione dei componenti per favorire l’adozione di spine, prese e connettori comuni. Un altro aspetto ha riguardato lo sviluppo delle batterie degli accumulatori, cuore pulsante della mobilità elettrica. La scelta delle batterie, come noto, influenza in cascata l’autonomia del veicolo elettrico e la sua ricarica.

Fra gli interventi messi in campo per favorire una rapida diffusione della mobilità elettrica, il primo riguarda proprio la ricarica dei veicoli elettrici, ricarica effettuata principalmente negli edifici residenziali.

Secondo quanto stabilito dall’ARERA con il Testo integrato delle condizioni economiche per l’erogazione del servizio di connessione, i veicoli elettrici possono essere alimentati:

• dal medesimo POD della corrispondente unità abitativa, tramite una linea di alimentazione dedicata che parte dal dispositivo generale o tramite un circuito dedicato che, invece, parte dal quadro principale dell’unità abitativa, ovvero
• da un POD individuale aggiuntivo dedicato alla ricarica tramite una linea di alimentazione dedicata (qualore non sia possibile o conveniente l’alimentazione dal POD principale).

Figura 1: Principali tipologie di veicoli.

Nel caso di nuove connessioni alla rete elettrica, i criteri tecnici sono indicati nelle regole tecniche di connessione resi cogenti dall’ARERA con le:

• Delibera ARG/elt 99/08 “Testo integrato delle condizioni tecniche ed economiche per la connessione alle reti elettriche con obbligo di connessione di terzi degli impianti di produzione di energia elettrica (Testo integrato delle connessioni attive – TICA)”;
• Delibera 27 dicembre 2019 n. 568/2019/R/eel – Allegato C “Testo integrato delle condizioni economiche per l’erogazione del servizio di connessione (TIC) – (2020-2023)”.

Le condizioni tecniche per la connessione dei clienti finali, pertanto, sono definite:

1. dal codice di rete, nel caso di connessioni alla rete di trasmissione nazionale;
2. dalla deliberazione ARG/elt 33/08 nel caso di connessioni alle reti di distribuzione con livello di tensione superiore a 1 kV. La Delibera riconosce (Allegato A) la Norma CEI 0-16 come regola tecnica di riferimento per la connessione di utenti che immettono o prelevano dalle reti elettriche di distribuzione con tensione maggiore di 1 kV;
3. dalla Norma CEI 0-21 nel caso di connessioni alle reti di distribuzione con livello di tensione non superiore a 1 kV.

Per completezza si segnala che il CEI ha recepito anche le seguenti norme tecniche:

• Norma CEI EN 50438 “Prescrizioni per la connessione di micro-generatori in parallelo alle reti di distribuzione pubblica in bassa tensione”: sistemi fino a 16 A per fase (monofase o trifase) con tensione nominale di 230/400 V (recepita nella IV edizione della Norma CEI 0-21);

• Norma CEI CLC/TS 50549-1 “Prescrizioni per la connessione di impianti di generazione alle reti di distribuzione Parte 1: Connessione ai sistemi di distribuzione in BT e oltre 16 A per Fase”, Specifica Tecnica che non può essere utilizzata in Italia fino a quando sarà in vigore la Norma CEI 0-21 “Regola tecnica di riferimento per la connessione di Utenti attivi e passivi alle reti BT delle imprese distributrici di energia elettrica”;
• Norma CEI CLC/TS 50549-2 “Prescrizioni per la connessione di impianti di generazione alle reti di Distribuzione Parte 2: Connessione alle reti in MT”, Specifica Tecnica che non può essere utilizzata in Italia fino a quando sarà in vigore la Norma CEI 0-16 “Regola tecnica di riferimento per la connessione di Utenti attivi e passivi alle reti MT delle imprese distributrici di energia elettrica”.

Per quanto riguarda la connessione alle reti di distribuzione in bassa tensione (distribuzione secondaria), la Norma CEI 0-21 prescrive che le stazioni di carica dei veicoli elettrici insistenti in tutto o in parte su suolo pubblico possono essere connesse alla rete di distribuzione con più punti di connessione.
Per questi impianti, a ciascun punto di connessione corrisponde una fornitura a sé stante caratterizzata da un contatore, che il Distributore installa nel vano o nel contenitore per esterno che l’Utente deve mettere a disposizione in luogo sempre accessibile da strada pubblica.

Figura 2: Prescrizioni particolari per impianti destinati alle stazioni di carica dei veicoli elettrici (regole tecniche di connessione alle reti BT – Norma CEI 0-21).

Al di là del tipo di infrastruttura di ricarica (pubblica o privata, singola o collettiva), la potenza da prendere in considerazione per la ricarica di un veicolo elettrico è strettamente legata alla sosta prevista per le diverse tipologie di veicolo.

In genere, la potenza nominale minima è 3,7 kW per i punti di ricarica destinati alla sosta breve fino a 22 kW senza escludere potenze maggiori.
In accordo con quanto indicato dalla Norma CEI 0-21, le forniture monofase hanno una potenza disponibile di 6,6 kW, mentre per le forniture fino a 30 kW l’esercente può limitare la potenza prelevata. In questo caso il dispositivo è tarato al livello della potenza contrattualmente impegnata, incrementato del 10%.

Sia in occasione di una nuova fornitura di energia elettrica che di una fornitura in atto, è possibile prevedere la potenza disponibile necessaria per la connessione del veicolo elettrico (attraverso il POD principale ovvero attraverso il secondo POD) tenendo conto che fino a 6 kW le potenze disponibili sono modulabili in aumento o riduzione di 0,5 kW, da oltre 6 kW e fino a 10 kW sono modulabili in aumento o riduzione di 1 kW e oltre 10 kW e fino a 30 kW con aumento o riduzione di 5 kW.

Dal punto di vista dei consumi elettrici, ipotizzando una percorrenza di 12.000 km l’anno e un consumo specifico di circa 170 Wh/km l’ARERA ha stimato che i consumi di energia elettrica di ciascun veicolo elettrico sono pari a 2.000 kWh/anno equivalente al 75% del consumo di una famiglia media italiana (2.700 kWh/anno secondo le stime AEEG)

Alimentazione dei veicoli elettrici

Le prescrizioni particolari relative all’alimentazione dei veicoli elettrici sono contenute nella Sezione 722 della Norma Cei 64-8. In particolare, la norma indica quali sono le caratteristiche che si applicano ai circuiti di alimentazione dei veicoli elettrici ai fini della loro carica e la protezione in caso di corrente che fluisce dai veicoli elettrici verso la rete di alimentazione privata e pubblica.

I modi di ricarica di un veicolo elettrico, definiti dalla Norma CEI EN 61851-1, sono:

• Modo di carica 1: connessione del veicolo elettrico alla rete di alimentazione in c.a. utilizzando gruppi presa-spina normalizzati fino a 16 A e a 250 V in c.a. monofase o 480 V in c.a. trifase sul lato dell’alimentazione, e utilizzando conduttori di potenza e di terra di protezione.
• Modo di carica 2: connessione del veicolo elettrico alla rete di alimentazione fino a 32 A e 250 V in c.a. monofase o 480 V in c.a. trifase mediante gruppi presa-spina monofase o trifase normalizzati, e utilizzando conduttori di fase e di protezione insieme con una funzione pilota e un sistema di protezione delle persone contro la scossa elettrica (RCD) tra l’EV e la spina o il dispositivo di controllo sul cavo.
• Modo di carica 3: connessione diretta del veicolo elettrico alla rete di alimentazione in c.a. utilizzando EVSE dedicati, nei quali la funzione di controllo pilota si estende all’apparecchiatura di controllo nell’EVSE collegata in permanenza alla rete di alimentazione in c.a.
• Modo di carica 4: connessione del veicolo elettrico alla rete di alimentazione in c.a. utilizzando un caricabatteria esterno (a terra) nel quale la funzione di controllo pilota si estende all’apparecchiatura collegata in permanenza alla rete di alimentazione in c.a.

Ai fini impiantistici, se la stazione di ricarica è fornita di una presa a spina o di un connettore per il veicolo (Norme CEI EN 62196), devono essere previste misure di protezione contro i guasti a terra in corrente continua mediante l’installazione di interruttori differenziali di:

• Tipo B;
• Tipo A e un idoneo dispositivo che assicuri l’interruzione dell’alimentazione in caso di corrente di guasto in c.c. superiore a 6 mA.

Per quanto riguarda la protezione contro le sovracorrenti, ogni punto di connessione deve essere alimentato individualmente attraverso un circuito terminale protetto da un dispositivo dedicato alla protezione contro le sovracorrenti.

Se il punto di connessione è installato all’aperto, tutti i componenti devono avere un grado di protezione minimo IP44 e nel caso di apparecchiature installate in aree pubbliche e in parcheggi occorre prevedere una protezione contro i danni meccanici mediante:

• Scelta della posizione o del punto in modo da evitare danni causati da un qualsiasi urto ragionevolmente prevedibile;
• Protezione meccanica locale o generale;
• Installazione di apparecchiature installate in conformità con il grado di protezione minimo contro gli urti meccanici esterni di IK07 (vedere la Norma CEI EN 62262).

Le prese fisse e i connettori mobili devono essere posti il più vicino possibile al punto di stazionamento del veicolo elettrico e alimentare un unico veicolo elettrico; non è ammesso l’uso di prese a spina mobili. Per i modi di carica 3 e 4, inoltre, deve essere previsto un sistema elettrico o meccanico per impedire l’inserimento e il disinserimento delle spine sotto carico.

Le tipologie di connessione dei veicoli elettrici sono:

• Tipo “A”, se il veicolo elettrico è connesso alla rete di alimentazione in c.a. utilizzando un cavo di alimentazione e una spina permanentemente collegati al veicolo;
• Tipo “B”, se il veicolo elettrico è connesso alla rete di alimentazione in c.a. utilizzando un cavo di alimentazione removibile provvisto di connettore mobile e un’apparecchiatura di alimentazione in c.a.;

• Tipo “C”, se il veicolo elettrico è connesso alla rete di alimentazione in c.a. utilizzando un cavo di alimentazione e un connettore mobile permanentemente collegati all’apparecchiatura di alimentazione.

La parte inferiore delle prese deve essere posta ad un’altezza dal piano di calpestio compresa tra 0,5 m e 1,5 m.

Per le stazioni di carica in c.c. dei veicoli elettrici valgono i requisiti aggiuntivi indicati dalla Norma CEI EN 61851-23.

Impatto sul sistema elettrico

Parlando di veicoli elettrici non possiamo esimerci da considerare l’impatto che la mobilità elettrica potrebbe avere con il sistema elettrico nazionale.

È indubbio che la ricarica dei veicoli elettrici causerà inevitabilmente un aumento dei consumi di energia elettrica.

In base alle previsioni indicate dall’International Energy Agency, la quota del mercato mondiale dei veicoli elettrici prevista al 2030 sarà del 13,4%, con scenari molto diversificati che vedranno la Cina in prima linea seguita da Europa e America. In alcuni paesi, come la Norvegia, però, già nel 2019 la quota di mercato è stata del 55,93%. Con essa, quindi, aumenterà la richiesta di energia per la ricarica.

Figura 3: Vendita di veicoli elettrici e quota di mercato fra il 2013 e il 2019
Fonte: IEA – Global EV Outlook 2020).

Per garantire una maggiore integrazione fra questi particolari sistemi di accumulo di energia (i veicoli elettrici) e il sistema elettrico l’ARERA ha indicato alcuni orientamenti relativi alla partecipazione dei veicoli elettrici al mercato per il servizio di dispacciamento, attraverso infrastrutture di ricarica dotate di tecnologia vehicle to grid ovvero veicoli elettrici che comportano anche l’immissione di energia elettrica dalla batteria del veicolo verso la rete.

La tecnologia vehicle to grid è classificata come V2G quando le batterie dei veicoli possono operare come generatori di energia elettrica se il veicolo è collegato dalla rete elettrica oppure come V1G quando i veicoli elettrici sono equiparabili ad un’unità di consumo a sé stante.

I veicoli con tecnologia V1G sono in grado di modulare la potenza di ricarica del veicolo elettrica in modo da rendere disponibile uno scambio di potenza in prelievo dalla rete, mentre la tecnologia V2G consente di modulare la potenza di ricarica e di scarica del veicolo elettrico in modo da rendere disponibile uno scambio di potenza in immissione o di prelievo verso la rete, consentendo anche ai veicoli di trasformarsi in riserve per la rete.

Al fine di garantire la raccolta dei dati della potenza prelevata dall’infrastruttura di ricarica, nonché lo scambio dei dati di potenza per la partecipazione volontaria al Mercato dei Servizi di Dispacciamento, la regolazione della potenza prelevata dalla rete e la fornitura dei servizi di rete per la sicurezza del sistema elettrico, è in corso di definizione la caratteristica del Controllore di Infrastruttura di Ricarica. Si tratta di un’apparecchiatura necessaria (e obbligatoria) laddove si intenda installate nuove Stazioni di ricarica e utilizzare eventuali agevolazioni tariffarie oppure partecipare ai servizi in energia del Mercato dei Servizi di Dispacciamento. A breve sarà pubblicato in inchiesta pubblica un nuovo Allegato alla Norma CEI 0-21 che conterrà le caratteristiche del CIR – Controllore di Infrastruttura di Ricarica.

Quello della riserva per la rete è solo una delle possibili integrazioni dei veicoli elettrici con la rete elettrica. Le strade volgono anche verso altre soluzioni tecnologiche integrate, che coinvolgono la mobilità elettrica da un lato e le fonti rinnovabili dall’altro.

Da qualche anno, infatti, a fianco dell’installazione di un impianto di produzione di energia elettrica – tipicamente un impianto fotovoltaico – si è diffusa l’installazione di sistemi di accumulo in grado di aumentare l’autoconsumo dell’energia elettrica prodotta localmente.

La possibilità di utilizzare un veicolo elettrico assume, in questo senso, un ruolo duplice. Nel caso della tecnologia V1G, infatti, è possibile ottimizzare la ricarica del veicolo sfruttando direttamente l’energia prodotta dall’impianto fotovoltaico ovvero prelevare parte dell’energia stoccata con il sistema di accumulo durante le ore di insolazione e di basso carico. Nel caso della tecnologia V2G, oltre alla possibilità di modulare la potenza di ricarica del veicolo è possibile cedere parte dell’energia per i servizi di riserva per la rete, ottenendone ristoro economico.

Nel caso di infrastrutture di ricarica che coinvolgono un numero crescente di veicoli, come ad esempio una flotta aziendale o un’azienda di autotrasporti al cui interno è disponibile un parco di veicoli elettrici, la scelta di integrare in un unico sistema i veicoli elettrici, un impianto di generazione locale a fonte rinnovabile e un sistema di accumulo, inoltre, garantisce la possibilità di limitare l’impatto sull’infrastruttura di collegamento alla rete elettrica. È possibile, ad esempio, mantenere la connessione in bassa tensione laddove la potenza disponibile richiesta sia inferiore ai limiti indicati dalla Norma CEI 0-21.

Per. Ind. Antonello Greco
Membro CEI CT64