L'auto elettrica

L'Outlook 2020, firmato da Bp, prevede che nel 2030 circoleranno 1,6 miliardi di veicoli passeggeri e commerciali. Solo il 4%, però, sarà di tipo elettrico. Benzina e gasolio, quindi, continueranno ad essere la prima scelta dei consumatori, con una quota di  mercato stimata nell'87% del parco circolante, anche se cresceranno biocarburanti, Gpl e metano. I dati di Bp sono confermati dall'Outlook di Exxon Mobil, secondo cui, nel 2030, solo il 5% delle auto saranno alimentate da motori elettrici. Per arrivare ad una quota davvero significativa, secondo il Ryal Dutch Shell, è invece necessario aspettare il 2050, quanto il 40% delle auto sarà elettrico. Tutti gli studi, però, concordano sul fatto che l'efficienza dei motori sarà uno dei trend nei prossimi anni. Al punto che Bp prevede un raddoppio entro il 2030, anno in cui un terzo delle auto in circolazione dovrebbe essere di tipo ibrido. Diverse, invece, le aspettative dei governi. In particolare un'agenzia governativa Australiana prevede che, nel 2020, il 20% delle auto saranno elettriche. Una percentuale che salirà al 45% solo dieci anni dopo. Ancora più ottimistiche le previsioni del Climate Committee inglese, secondo il quale, nel 2030, ben il 60% delle auto non sarà alimentato da combustibili fossili. Negli Stati Uniti, infine, il piano di Obama punta, entro il 2015, ad un parco di auto elettriche dell'1,5%, ovvero un milione di veicoli.   Perché non parte Benché le previsioni siano contrastanti, un dato è certo: l'auto elettrica fatica ad affermarsi sul mercato e le cause sono numerose, anche se Luigi Chemello, responsabile Marketing di Fanton, preferisce sottolineare che si tratta di “una svolta tecnologica epocale, che coinvolge aspetti importantissimi della vita di tutti noi, perché cambia il nostro modo di approcciare i trasferimenti per recarci al lavoro, per il tempo libero e per le vacanze. Come in tutti i grandi cambiamenti, c'è inevitabilmente un periodo di transizione dove apparecchiature, infrastrutture e modalità di utilizzo si devono "sincronizzare". Nel prossimo futuro l'auto elettrica diventerà una realtà consolidata solo se si creeranno dei presupposti in parallelo, come la riduzione del costo dei veicoli, l’aumento delle prestazioni delle automobili elettriche, soprattutto in termini di autonomia e di tempi di ricarica, nonché la disponibilità, sia in ambito domestico che "pubblico"di numerose stazioni di ricarica”. Esigenze che, forse, hanno sorpreso gli stessi produttori, considerati da alcuni in colpevole (quando non volontario) ritardo. Non è di questa opinione Matteo Assirelli, Product Specialist di Ingeteam: “Siamo tutti d’accordo sul fatto che l’ auto elettrica rappresenti una grande innovazione dal punto di vista del risparmio energetico e costituisca un nuovo modo di vivere e pensare in un’ottica di sostenibilità ambientale. Nonostante le case automobilistiche e le aziende provider di sistemi di ricarica come noi siano pronte, la diffusione dell’auto elettrica è ancora marginale. Fondamentalmente manca un legame normo-legislativo che renda più semplice l’entrata nel mercato di massa e la persuasione dell’utente finale che, al momento, è ancora troppo legato all’idea di auto tradizionale. Oltre ai limiti più generali, ne esistono anche altri quali la carenza dei sistemi di alimentazione, la percezione di limitata autonomia delle batterie, l’ elevato prezzo dei veicoli (dovuto in gran parte al costo della batteria). Tra questi il principale è sicuramente quello rappresentato dalla mancanza di adeguate infrastrutture di ricarica, che permettano di non dover pianificare costantemente gli spostamenti, vista la limitata capillarità nella diffusione dei sistemi di ricarica”.   Se manca la corrente La svolta, anche secondo Nicola Perico, Field Product Manager di GE Energy - Industrial Solutions, arriverà proprio con la diffusione delle colonnine di ricarica, che “garantirà all'utente la tranquillità di potersi muovere liberamente evitando il timore di rimanere senza carica. Per questa ragione numerose amministrazione pubbliche hanno avviato progetti per coprire efficacemente il proprio territorio. Va comunque ricordato che la vettura elettrica è particolarmente indicata per i percorsi urbani, in relazione all’autonomia inferiore rispetto alle auto a benzina e all’assenza di emissioni inquinanti. Quindi non ci si aspetta, a breve termine, una copertura sulle strade extraurbane distanti dai grandi centri abitati.” Più ottimista appare invece Assirelli: “La limitata autonomia delle batterie può essere arginata in diversi modi, tra i quali la diffusione delle stazioni di ricarica, l’aumento della capacità delle batterie installate e l’affinamento tecnologico dei veicoli. La creazione di vere e proprie infrastrutture di ricarica e lo sviluppo di sistemi di accumulo dell’energia più performanti sono sicuramente condizioni necessarie e fondamentali alla diffusione dei veicoli elettrici nel mercato di massa. Inoltre, anche l’introduzione di modalità di ricarica accelerata e rapida (che permette tempi di ricarica fino a 15-20 minuti) può concretamente compensare l’attuale limite di autonomia dei veicoli elettrici, rendendoli più “conformi” alle necessità dell’utente finale. A questo proposito, Ingeteam ha sviluppato una gamma di stazioni di ricarica studiata per uso sia pubblico che privato. Il continuo investimento in R&S consente di sviluppare prodotti sempre più innovativi, come i sistemi di ricarica rapida, che saranno introdotti nel mercato nei prossimi mesi”. Una proposta, quella di Ingeteam, che piace decisamente anche a Chemello: “Sarà determinante la diffusione di colonnine che possano ricaricare le batterie, anche parzialmente, in tempi brevi. Si potrebbe quindi ipotizzare di ricaricare i veicoli non solo durante la notte, in ambito domestico o aziendale, ma anche nelle varie occasioni di sosta, ad esempio nei parcheggi dei centri commerciali mentre si fa shopping, nelle aree di sosta delle autostrade, nei parcheggi pubblici dei centri storici delle città”.   Con quale spina? Prima di installare le colonnine, però, è ancora in via di definizione lo standard delle prese di ricarica. Anche se Perico sostiene che “la presenza di connettori diversi non sia di per sè un limite alla diffusione di veicoli e sistemi di ricarica. Infatti l’affermazione di un protocollo unico di comunicazione tra colonnine ed auto (IEC 61851) garantisce la compatibilità della ricarica a prescindere dal tipo di presa utilizzata. Probabilmente assisteremo a una situazione analoga a quella che viviamo quotidianamente nelle abitazione: la coesistenza di più spine legate ai differenti produttori e Paesi di origine. La normativa relativa alle prese per ricarica di autoveicoli (IEC 62196) definisce 3 tipi di prese (e spine): Type 1, Type 2, Type 3. La presa Type 2 è l’unico standard diffuso sia sulle colonnine che sulle automobili, supporta fino a 63A di corrente di carica (ricarica veloce) ed è stato raccomandata da Acea (Associazione Europea Costruttori d’Auto). È  pertanto lo standard che riteniamo possa assumere la maggiore presenza sul mercato”. Anche Chemello ritiene non determinante la standardizzazione: “Per il momento è prematuro prevedere lo standard che si affermerà. L'importante è non considerarlo un vincolo o un ostacolo allo sviluppo, mentre altre sono le tematiche che devono essere affrontate primariamente. Ad esempio come realizzare le infrastrutture per veicolare alle colonnine l'energia necessaria alla ricarica, come produrre il surplus di energia elettrica che inevitabilmente sarà necessaria, con quali criteri eseguire la tariffazione dell'energia utilizzata allo scopo... Per gestire questo cambiamento è necessaria una grande attività di sinergia e collaborazione tra aziende produttrici e distributrici di energia elettrica, nonché tra le aziende del comparto elettrico e quelle che producono i veicoli".   Lavoro per tutti Agli installatori elettrici, anch'essi relativamente interessati al dibattito sullo standard che si affermerà, interessa invece comprendere le opportunità di Business e, soprattutto, quali competenze sviluppare in vista di possibili richieste del mercato. La risposta a questi quesiti arriva da Assirelli: “L’installazione fisica ed elettrica delle colonnine di ricarica è semplice e non richiede particolari competenze tecniche, oltre a quelle di un elettricista specializzato . Diversamente, la realizzazione di infrastrutture per la ricarica composte da più punti di ricarica centralizzati come la gestione delle utenze, delle licenze e dei servizi richiede conoscenze base di software e comunicazione. È fondamentale anche la cooperazione degli Enti Locali che, oltre alle autorizzazioni per l’utilizzo del suolo pubblico, dovrebbero occuparsi della pianificazione della mobilità urbana. La dislocazione delle infrastrutture di ricarica pubblica e la pianificazione urbana dovrebbe avvenire sulla base di valutazioni locali, coinvolgendo adeguatamente sia l’impresa di distribuzione dell’energia elettrica sia quella di distribuzione dei sistemi di ricarica”. A questo aspetto si aggiungono le perplessità sull'effettiva affidabilità e sulla complessità installativa dei chip in grado di conteggiare i consumi di un singolo automobilista. In questo caso é Perico a essere ottimista: “Le colonnine di ricarica sono a tutti gli effetti dei terminali di distribuzione dell’energia elettrica, pertanto vanno installate seguendo i medesimi accorgimenti. Comunque, vista la relativa novità di questo tipo di prodotti, si può suggerire la frequentazione di un breve corso di formazione, spesso organizzato dal produttore della colonnina. Tale tipo di formazione è particolarmente importante nelle configurazione più complete, ad esempio sulle colonnine dotate di sistemi di riconoscimento dell’utente tramite schede trasponder o similari. In tali casi è necessario configurare anche il sistema di trasmissione del segnale, composto dal mezzo fisico (ad es. cavo Lan o scheda wireless Gpts) e dal software di gestione. Si tratta, comunque, di operazioni oggettivamente semplici. Ma in caso di installazione “seriale” di numerose colonnine qualche suggerimento può accelerare le operazioni di messa in servizio del sistema”. approfondimento a cura di Massimiliano Cassinelli ..................................................................................................................... L’opinione del CEI E Mobility e veicoli elettrici: normativa e stato dell’arte Uno dei principali limiti legati allo sviluppo dell’auto elettrica è l’autonomia. L’auto ibrida - con motore endotermico assistito da un motore elettrico alimentato da una piccola batteria, che lavorano sinergicamente per mantenere sempre la massima efficienza totale – ha cominciato a diffondersi. Dal punto di vista ambientale ed energetico il vantaggio è innegabile: infatti, si può ottimizzare sempre di più il motore endotermico; ma se a questo si aggiunge un complemento di alimentazione elettrica, il miglioramento è ancora maggiore. Si stima che le ibride potrebbero superare il 15% del mercato già in questo decennio. Attualmente si stanno progettando delle auto ibride con l’aggiunta di una piccola batteria capace di 30-50 km di autonomia. Con tale autonomia si coprirebbe, in funzionamento elettrico e a emissioni zero, una buona metà delle percorrenze giornaliere, mentre per i tragitti più lunghi subentrerebbe il funzionamento ibrido o semplicemente quello a combustione. Un’auto, dunque, senza limitazioni di autonomia, ma capace di funzionare senza emissioni quando e dove serve. A questo si aggiungono i numerosi modelli a due ruote e 3 ruote già prodotti da molti anni nel nostro Paese. E’ poco noto, infatti, che l’Italia, con i suoi 14.000 veicoli elettrici a quattro ruote e con 35.000 ciclomotori elettrici detiene con la Francia il primato al mondo in tema di veicoli a batteria. Parlando poi di veicoli a 2 e 3 ruote (ciclomotori) per la mobilità soprattutto urbana, le previsioni di sviluppo sono ancor più favorevoli. Considerando, infatti, che il veicolo a 2 ruote di media cilindrata non è sostitutivo dell’auto ma specifico per spostamenti in ambito urbano, il passaggio da scooter normale a scooter elettrico su larga scala è ipotizzabile nell’arco di 5-10 anni. Batteria Le batterie al litio, che combinano una densità energetica cinque volte superiore di quella delle batterie tradizionali (consentendo così autonomie di 150-250 km) a una lunga durata di vita e anche alla possibilità di ricarica rapida, se le modalità di ricarica lo consentono, sono attualmente la tecnologia concreta più promettente per favorire tale diffusione. Per i volumi produttivi attuali, molto limitati, il costo di queste batterie è percentualmente alto, se confrontato con il costo totale del veicolo elettrico, ma la cifra può ridursi radicalmente con produzioni di massa. In alternativa alla ricarica rapida, è allo studio la possibilità di sostituzione (automatica) della batteria in apposite stazioni, in questo caso la batteria è ”in affitto”, ed il costo di acquisto del veicolo si abbatte radicalmente. Stazioni di ricarica Il punto critico dei veicoli elettrici ricaricabili resta il rifornimento, ossia la ricarica elettrica della batteria, perché, anche se la rete elettrica è diffusa su tutto il territorio, la creazione di una infrastruttura di ricarica adeguata e capillare ad applicazioni di massa pone problemi ancora aperti. Oltre a prevedere stazioni di ricarica presso le aree di parcheggio individuali, che presuppone, comunque, l’accessibilità di un connettore elettrico e un’adeguata regolamentazione tariffaria - in quanto questi consumi attualmente non rientrano nei normali usi domestici - una diffusione consistente di veicoli a batteria o plug-in (ricaricabile da rete) richiederà anche la creazione di una rete di rifornimento pubblica in parcheggi e aree pubbliche o condivise. Si potranno predisporre postazioni magari lungo i marciapiedi, attraverso un’azione concertata tra mondo dell’auto, distributori (utilities) elettrici e amministrazioni pubbliche. La realizzazione della postazione di ricarica, sia essa in ambito domestico, pertinenza dell’abitazione (quale ad esempio un garage), spazio condominiale o spazio comune accessibile al pubblico, richiede prima di tutto una normativa aggiornata, e capacità dei progettisti degli impianti elettrici di alimentazione, nonché professionalità opportunamente acquisita con adeguata formazione da parte dell’installatore. E di fondamentale importanza risulta essere la “scatola” di controllo e gestione intelligente. Infatti la rete di ricarica deve possedere altre caratteristiche, oltre a quella di essere in grado di ricaricare adeguatamente la batteria, deve consentire l’identificazione dell’utente e delle sue condizioni contrattuali per poter procedere alla fatturazione dei consumi, l’identificazione del veicolo e delle relative esigenze di allacciamento (monofase, trifase, taglia di potenza). Inoltre, in una prospettiva di gestione delle batterie dei veicoli come possibili sorgenti di accumulo distribuito utilizzabile dalle utilities, il flusso di energia dovrà essere bidirezionale, dovendo prevedere anche un flusso dal veicolo verso la rete secondo il modello che, a livello di normativa internazionale, viene denominato V2G, vehicle to grid (veicolo verso rete). È quindi necessario che le soluzioni tecniche adottate, sia hardware che software, siano praticabili, condivise e normalizzate, e devono riguardare tutto il sistema, ossia: - la postazione di ricarica; la realizzazione impiantistica deve essere adatta al tipo di impianto, localizzazione, tipo di area, prevedendo soluzioni differenti sia che siano in ambito privato (garage privato), spazio comune condominiale o aree pubbliche; - i connettori, con le relative prese di connessione, e cavi per l’allacciamento; - la forma di comunicazione (conduttiva o wireless); - il protocollo di comunicazione; - il contenuto della comunicazione sia per gli aspetti contrattuali che per quelli tecnici. Le Norme elaborate da organismi normatori riconosciuti a livello nazionale, europeo e internazionale sono l’unico strumento che consente ai costruttori dei veicoli, batterie, connettori, cavi e componenti necessari, di investire nella produzione su larga scala con la certezza che le soluzioni adottate sono state condivise da tutti gli attori coinvolti. A loro volta le società di distribuzione di energia elettrica (utilities) possono interagire adeguatamente tra di loro per prevedere una “copertura” adeguata di tutto il territorio interessato alla circolazione dei veicoli elettrici. Oltre a questo livello di interfacciamento e di standardizzazione si aggiunge, poi, quello relativo al sistema infrastrutturale nel suo insieme. La maggioranza delle connotazioni proposte prevedono una rete di punti di ricarica connessi ad un server centrale, anche per poter erogare servizi addizionali oltre alla ricarica in sé: ad esempio, la rappresentazione dei punti di ricarica sul territorio e la possibilità di “prenotarli”, come per i sistemi di car-sharing e di bike-sharing. Ogni punto di ricarica è in sostanza un nodo di una rete complessa della quale possono far parte entità anche diverse che cooperano tra loro. Un adeguato livello di standardizzazione permetterebbe di sviluppare un servizio di roaming simile a quello attuale della telefonia, che consenta a tutti gli utenti dei veicoli elettrici di accedere all’intero sistema, e consentirebbe, inoltre, alla “proprietà” dell’infrastruttura di acquistare le stazioni terminali da diversi costruttori, creando così un mercato aperto e competitivo. Si impone, quindi, una adeguata standardizzazione nel modo di comunicazione tra le singole stazioni e il server: wireless, o linee fisiche dedicate analogamente a quanto già utilizzato per i sistemi elettrici e elettromeccanici. Anche per questi aspetti il dialogo tra le utilities per giungere a soluzioni condivise è ancora in corso e, di nuovo, la normazione tecnica gioca un ruolo cruciale. Modi di ricarica I modi attualmente previsti per la ricarica dei veicoli elettrici sono quattro e sono distinti in funzione del tipo di presa, del regime elettrico (AC o CC), sulla bidirezionalità e della possibilità o meno di comunicare i parametri di ricarica sulla rete. I quattro modi attualmente previsti per la ricarica dei veicoli elettrici sono: - Modo di ricarica 1 – presa di connessione non-dedicata: consente solo la ricarica lenta e la connessione del veicolo alla rete di alimentazione AC (corrente alternata) principale avviene utilizzando un sistema presa-spina normalizzato fino a 16 A, lato alimentazione mono-fase o trifase e conduttori di potenza e conduttori di terra di protezione. L’uso del Modo di ricarica 1 richiede un interruttore differenziale e un interruttore automatico di protezione dalle sovracorrenti sul lato alimentazione. - Modo di ricarica 2 – presa di connessione non-dedicata con dispositivo di protezione in-cable (integrato nel cavo): consente solo una ricarica lenta e la connessione del veicolo alla rete di alimentazione AC (corrente alternate) principale avviene utilizzando un sistema presa-spina normalizzato, monofase o trifase e conduttori di potenza e di terra di protezione. In aggiunta c’è una funzione pilota di controllo e comunicazione tra il veicolo elettrico e la spina ad esempio una scatola di controllo inserita nel cavo (in-cable control box). - Modo di ricarica 3 – presa dedicata: consente una ricarica lenta o rapida. La connessione del veicolo alla rete di alimentazione AC (principale) avviene con una presa (connettore) specifico; le funzioni di controllo, comunicazione e protezione sono permanentemente installate nell’infrastruttura. - Modo di ricarica 4 - Connessione dedicata in continua (DC): carica rapida(da 30 a 10 minuti). Connessione indiretta del veicolo alla rete di alimentazione AC principale utilizzando un caricatore da 43 kW o più. Le funzioni di controllo, comunicazione e protezione sono permanentemente installate nell’infrastruttura.  Connettori per la ricarica Un’intensa attività è dedicata alla definizione delle norme di unificazione dei connettori per la ricarica. Attualmente a livello IEC sono stati approvati 3 tipi di connettori: Connettore tipo 1 secondo IEC 62196-2 Ed.1.0 (Ottobre 2011) Connettore tipo 2 secondo. IEC 62196-2 Ed.1.0 (Ottobre 2011) Connettore tipo 3 secondo IEC 62196-2 Ed.1.0 (Ottobre 2011) La normativa tecnica Il Comitato Tecnico CEI che si occupa del veicolo elettrico è il CT 312 “Componenti e sistemi elettrici ed elettronici per veicoli elettrici e/o ibridi per la trazione elettrica stradale” che ha come scopo la normazione di: - Motori ad alimentazione elettrica per trazione elettrica stradale a 2, 3 e 4 ruote; - Dispositivi elettrici di avviamento, commutazione, regolazione, controllo di tali tipi di motori; - Elettronica applicata ai suddetti dispositivi e alla trazione elettrica stradale in genere; - Accumulatori speciali. Obiettivo del Comitato è inoltre quello di affrontare in maniera strutturata la tematica relativa al veicolo elettrico, costituendo l’interfaccia nazionale per l’analoga attività avviata a livello CENELEC ed IEC, su specifica richiesta della Commissione Europea (Mandato M/468 su ricarica dei veicoli elettrici stradali e Roadmap sull’elettrificazione dei veicoli). L’attività ha portato alla pubblicazione a livello nazionale della Norma sperimentale CEI 312-1 “Prescrizioni per stazioni di ricarica per veicoli elettrici stradali” del maggio 2010. Allo stato attuale, tuttavia, le norme tecniche di riferimento, nazionali ed internazionali, sono in fase di modifica e di completamento. Data la trasversalità delle tematiche trattate, sono stati creati una serie di collegamenti con altri CT CEI. Anche i Comitati Tecnici coinvolti a livello IEC e CENELEC sono molteplici e nella Tab. 1 sono indicati assieme alle tematiche normative oggi delineate come segue: - in uno scenario di medio-lungo termine, le batterie maggiormente utilizzate apparterranno alla filiera litio/ioni, con connotazioni differenti in termini di energia o di potenza a seconda della tipologia di veicolo (a batteria o plug-in). Probabilmente anche gli ibridi non ricaricabili, che oggi usano le nichel/idruri, ricorreranno gradualmente a questa stessa filiera. La normativa tecnica (IEC TC 21) deve, quindi, proseguire nella definizione delle prescrizioni tecniche riguardanti lo sviluppo, la sicurezza e la caratterizzazione di queste batterie; - per quanto riguarda la ricarica, la tecnica “conduttiva” appare più promettente e preferibile per semplicità e costo rispetto a quella “induttiva”. Nell’ambito di questo tipo di ricarica le due tematiche dibattute a livello normativo riguardano la definizione del protocollo di comunicazione tra auto e stazione di ricarica, per riconoscere l’utente e per scambiare i dati di tariffazione (TC 69), e la standardizzazione dei connettori (SC 23H); - per le modalità di “ricarica lenta” e “ricarica rapida”, relative rispettivamente alla ricarica effettuata a bassa potenza di notte, e alla ricarica a potenza più elevata (10-40 kW) durante le soste dell’auto in parcheggi o in apposite stazioni attrezzate, i componenti ( rispettivamente i cavi e i connettori) sono ben diversi e una classificazione ben delineata e condivisa tra le parti coinvolte deve essere oggetto di normazione. In tutti i casi, il caricabatteria fa parte del veicolo. Per la ricarica rapida sono in corso anche sperimentazioni a potenza molto elevata (100 kW e oltre), effettuate in corrente continua direttamente ai morsetti della batteria del veicolo. In questo caso è la stessa stazione di ricarica di terra a gestire la regolazione della ricarica in relazione a quanto richiesto dal veicolo. Di nuovo, la standardizzazione riguarda la comunicazione e la connessione tra infrastruttura e veicolo; - la standardizzazione della comunicazione V2G, vehicle to grid, è oggi affrontata prevalentemente in ambito ISO (TC 22/SC3 JWG V2G) e è attesa una forte sinergia con più Comitati Tecnici dell’IEC per poter integrare questa modalità di travaso di energia all’interno dell’architettura smart grid.   a cura di Cristina Timò Visita la nostra sezione NORME CEI