L'intervento di Alessandro Serpi (NEPSY) in occasione dell'evento "Vehicle-to-Grid: l'integrazione della mobilità elettrica nelle microreti" che si è tenuto il 24 ottobre 2019 a Cagliari.

1. RESPECT S.r.l P.zza Irpinia, 1 - 09127 Cagliari www.respectsrl.it
NEPSY S.r.l. Via Logudoro, 8 - 09127 Cagliari www.nepsy.it
DIEE – UniCA dipartimenti.unica.it/ingegneriaelettricaedelettronica/
Proponenti
Progetto POSEIDON
Microreti intelligenti in aree portuali:
gestione efficiente dell’energia mediante l'integrazione di fonti
rinnovabili e mobilità elettrica sostenibile
POR FESR Sardegna 2014-2020 - Azione 1.2.2
Programma R&S Reti Intelligenti per la gestione efficiente dell’energia
Cagliari, 22 ottobre 2019
Vehicle-to-Grid: l'integrazione della mobilità elettrica nelle microreti
24 ottobre 2019 - ore 9:00, Manifattura Tabacchi, piano primo sala 202
viale Regina Margherita 33 - Cagliari

2. Progetto POSEIDON - Microreti intelligenti in aree portuali
V2G - 24 Ottobre 2019 - Manifattura Tabacchi
CONTESTO
POSEIDON focalizza l’attenzione sulle aree portuali, grandi poli energivori
e aree ad alto potenziale di sviluppo nell’ambito della blue growth
[Fonte: way4port.com]
Interventi di adeguamento del sistema elettrico
atti a favorire la nascita di microreti:
 Impiego fonti energetiche rinnovabili
 sistemi di accumulo e infrastrutture di
ricarica per veicoli elettrici
 sistemi di gestione e controllo delle
risorse
Vehicle-to-Grid (V2G) e Boat-to-Grid (B2G) come risorse per la gestione
intelligente della microrete portuale

3. Progetto POSEIDON - Microreti intelligenti in aree portuali
V2G - 24 Ottobre 2019 - Manifattura Tabacchi
STATO DELL’ARTE – Smart Technologies in aree portuali EUROPA
Barcellona: progetto EU CLEANPORT – Cold-ironing primo traghetto passeggeri con
motore ausiliario a GNL e relativo serbatoio, tratta Barcellona–Maiorca
Malaga: progetto EU SMART PORT - Studio reale della competitività̀ ed efficienza
energetica dei porti commerciali nel Mar Mediterraneo
Oslo: Green Coastal Shipping Programme, per la navigazione costiera sostenibile con
uso di imbarcazioni più̀ ecologiche; devono garantire propulsione elettrica pura o
ibrida. Progettazione di un porto a basso consumo energetico
Rotterdam/Anversa: sistema shore-to-ship-power integrato, per alimentare una nave
ormeggiata direttamente dalla rete elettrica, senza interruzioni e azzerando le
emissioni nell’ambiente
Amburgo: piattaforma di comunicazione cloud basata su IoT per pianificare
operazioni; comunica alle navi luogo/momento di attracco e notifica a camion/gru gli
spazi assegnati

4. Progetto POSEIDON - Microreti intelligenti in aree portuali
V2G - 24 Ottobre 2019 - Manifattura Tabacchi
STATO DELL’ARTE – Smart Technologies in aree portuali ITALIA
Savona: impianto PV 120 kW, Wind 20 kW, pari a 1/5 del fabbisogno energetico.
Impianto Cold Ironing per abbattimento emissioni e risparmio carburante, con
possibilità di spegnimento dei motori delle navi in porto, grazie al supporto elettrico
in banchina (Es. porti Goteborg, Los Angeles e Juneau)
Ravenna: progetto Clean Port (Regione Emilia Romagna, POR-FESR 2014-2020) -
sostenibilità̀ energetica e riduzione inquinamento. Progettazione e test di prototipi in
scala ridotta di motori navali parzialmente alimentati a LNG (Liquified Natural Gas)
all’interno di un’infrastruttura ibrida, detta Green Ironing

5. Progetto POSEIDON - Microreti intelligenti in aree portuali
V2G - 24 Ottobre 2019 - Manifattura Tabacchi
PROGETTO POSEIDON
L’imbarcazione opera a lungo in modalità full-electric (40% del tempo complessivo di esercizio), determinando
un notevole risparmio di carburante, soprattutto durante l’utilizzo del sistema di posizionamento dinamico;
- Ampere: traghetto full-electric alimentato da batterie Li-Ion (1 MWh) e mosso da due propulsori da 440 kW
ciascuno. Esegue una tratta di 20 min, dopo la quale la batteria è ricaricata parzialmente per 10 min (la ricarica
completa avviene durante la notte);
- Viking Lady: vascello di approvvigionamento, dotato di una cella a combustibile (320 kW) e di una batteria Li-
Ion (442 kWh);
- ReVolt: nave da carico a corto raggio, dotata di una batteria da 5.5 MWh;
- Prinsesse Benedicte, Tycho Brahe, Aurora: navi passeggeri con batterie (da 2.7 a 4.2 MWh);
- Star Laguna: nave da carico con gru, dotata di un sistema di accumulo da 67 kWh per il recupero dell’energia e
la riduzione delle emissioni durante le operazioni in porto.
I risultati preliminari ottenuti dalle sperimentazioni hanno evidenziato un notevole risparmio di carburante (10-15%,
ma anche fino al 30%), con tempi di ritorno dell’investimento, in alcuni casi, addirittura inferiori all’anno. Si è
registrata inoltre una notevole riduzione delle emissioni di gas inquinanti (30% circa). Per questo motivo, molte case
costruttrici stanno adattando i criteri di progettazione delle loro imbarcazioni “convenzionali” in modo da
predisporle per una futura conversione in elettriche o elettriche ibride, così come per equipaggiare le imbarcazioni
già ibride con sistemi di accumulo. Per quanto riguarda i sistemi di propulsione elettrica puri, sono allo studio diverse
soluzioni per imbarcazioni di piccola-media taglia.
Fig. 1. Rappresentazione della microrete portuale considerata nell’ambito del progetto.
Microreti in ambito portuale che favoriscano l’integrazione della
produzione da fonti energetiche rinnovabili con la mobilità elettrica
sostenibile (infrastrutture di ricarica sia per veicoli elettrici sia per
imbarcazioni dotate di sistemi di accumulo e di propulsione elettrica)
Data avvio: 1 ottobre 2018
Durata: 24 mesi
Budget ≈ 200 k€
Obiettivi principali
• strumenti di pianificazione,
gestione e controllo delle
microreti portuali
• NESSY: sistema di accumulo ibrido
innovativo per imbarcazioni
operante in modalità boat-to-grid

6. Progetto POSEIDON - Microreti intelligenti in aree portuali
V2G - 24 Ottobre 2019 - Manifattura Tabacchi
ARTICOLAZIONE PROGETTO
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WP1
WP2
WP3
WP4
WP5
WP6
WP1 Stato dell’arte WP4 Gestione e controllo MG
WP2 Modelli e pianificazione MG WP5 Sperimentazione
WP3 Prototipo NESSY WP6 Project Management

7. Progetto POSEIDON - Microreti intelligenti in aree portuali
V2G - 24 Ottobre 2019 - Manifattura Tabacchi
I sistemi di accumulo ibridi sembrano essere una soluzione molto promettente sia per la
propulsione elettrica sia per applicazioni di rete
TECNOLOGIE PER SISTEMI DI ACCUMULO DELL’ENERGIA

8. Progetto POSEIDON - Microreti intelligenti in aree portuali
V2G - 24 Ottobre 2019 - Manifattura Tabacchi
SISTEMA DI ACCUMULO IBRIDO PER IMBARCAZIONI: NESSY
ig. 1. An overview of the port microgrid foreseen in POSEIDON.
Particularly, the main components of the port MGs foreseen
n the POSEIDON project are:
• photovoltaic power plants and/or wind generators, to
obtain an adequate level of energy production and self-
consumption;
• flexible loads, such as office, shops and industrial
customers;
• Electric Vehicles Charging Infrastructures (EVCI),
which allows the unidirectional power flow in AC or
DC mode, depending on the power rate (generally 22
provided through the MLC (for example, by using a high-
frequency transformer).
Both MLC and AVR are driven by the Management and
Control System (MCS), which has to ensure an optimal
energy management of the ESSs through advanced
management, control and Pulse Width Modulation (PWM)
algorithms, by satisfying either electric motor (M) or BCI
needs simultaneously [8]-[9].
Fig. 2. POSEIDON Schematic representation of the proposed hybrid energy
storage system configuration for boats (NESSY).
 High-Power Density ESS (P-ESS)
– supercapacitori
 High-Energy Density ESS (E-ESS)
– batterie elettrochimiche, celle a
combustibile
 Multilevel Converter (MLC)
– element di interfaccia fra I diversi
sistemi di accumulo, il motore di
propulsione e la boat charging
infrastructure (BCI)
 Active Voltage Regulator (AVR)
– regolazione della tensione del DC-link, scambio energetico fra le unità di accumulo
 Management & Control System (MCS)
– gestione e controllo dei flussi di energia fra NESSY e M/BCI

9. Progetto POSEIDON - Microreti intelligenti in aree portuali
V2G - 24 Ottobre 2019 - Manifattura Tabacchi
NESSY: CARATTERISTICHE PRINCIPALI
ig. 1. An overview of the port microgrid foreseen in POSEIDON.
Particularly, the main components of the port MGs foreseen
n the POSEIDON project are:
• photovoltaic power plants and/or wind generators, to
obtain an adequate level of energy production and self-
consumption;
• flexible loads, such as office, shops and industrial
customers;
• Electric Vehicles Charging Infrastructures (EVCI),
which allows the unidirectional power flow in AC or
DC mode, depending on the power rate (generally 22
provided through the MLC (for example, by using a high-
frequency transformer).
Both MLC and AVR are driven by the Management and
Control System (MCS), which has to ensure an optimal
energy management of the ESSs through advanced
management, control and Pulse Width Modulation (PWM)
algorithms, by satisfying either electric motor (M) or BCI
needs simultaneously [8]-[9].
Fig. 2. POSEIDON Schematic representation of the proposed hybrid energy
storage system configuration for boats (NESSY).
 Elevata flessibilità e scalabilità
– unità di accumulo multiple, maggiore
numero di livelli
 Gestione energetica ottimizzata
– ciascuna unità di accumulo può
essere gestita quasi
indipendentemente dalle altre in
accordo con le sue caratteristiche
funzionali
 Boat-to-grid (B2G) ready
– NESSY potrà erogare servizi di potenza ed energia alla microrete portuale, con conseguenti
vantaggi tecnico-economici
 MLC rappresenta l’unica interfaccia di NESSY con M e BCI
– nessun convertitore aggiuntivo, possibilità di utilizzare differenti strategie di carica/scarica

10. Progetto POSEIDON - Microreti intelligenti in aree portuali
V2G - 24 Ottobre 2019 - Manifattura Tabacchi
ESEMPIO DI APPLICAZIONE di NESSY - PROPULSIONE
Motor Speed
Durante la propulsione, E-ESS può operare nelle condizioni di funzionamento ottimali,
mentre P-ESS può gestire i picchi e le fluttuazioni di potenza. Questo consente una
maggiore efficienza, prolunga la vita utile di E-ESS, e rende più flessibile il
dimensionamento dell’intero sistema di accumulo
Motor Torque
Power demands
Energy of P-ESS
E-ESS: batterie P-ESS: supercapacitori

11. Progetto POSEIDON - Microreti intelligenti in aree portuali
V2G - 24 Ottobre 2019 - Manifattura Tabacchi
ESEMPIO DI APPLICAZIONE DI NESSY – MICRORETE PORTUALE
Microgrid power demands
P-ESS può essere utilizzato in regime dinamico per far fronte alle rapide variazioni di
potenza richieste dalla microrete o per compensarne le fluttuazioni (servizi di potenza),
mentre E-ESS può operare prevalentemente in condizioni di regime stazionario (servizi di
energia), reintegrando inoltre lo stato di carica di P-ESS al valore desiderato
NESSY powers
E-ESS power
P-ESS energy
E-ESS: batterie P-ESS: supercapacitori

12. Progetto POSEIDON - Microreti intelligenti in aree portuali
V2G - 24 Ottobre 2019 - Manifattura Tabacchi
SISTEMA DI GESTIONE E CONTROLLO DELLA MICRORETE PORTUALE
 Sistema di Controllo ad Agenti
– si basa sulla presenza di un
aggregator, che opera come
agente principale (master agent),
coordinando le differenti unità in
modo da raggiungere una
condizione ottimale di
funzionamento
– ciascun agente può essere rappresentato da un carico, un sistema di accumulo
stazionario, un’impianto da fonte energetica rinnovabile, una colonnina di ricarica
operante in modalità V2G o B2G
– mediante l’interazione master-slave è possible determinare una soluzione ottima
senza il controllo diretto di ogni singola unità
– è possible definire gruppi di agenti con obiettivi differenti e, quindi, conseguire
molteplici obiettivi (massimizzazione dell’efficienza, regolazione di tensione, peak
shaving, power quality, etc.)
For example, the use of a P-ESS jointly with an E-ESS surely
improves propulsion and energy harvesting performances,
but these advantages may not be justified by the increased
complexity and capital investment that a hybrid energy
storage system brings.
C. NESSYdevelopment within thePOSEIDON project
The POSEIDON project aims at assessing the overall
benefits that NESSY can bring to both boat owners and port
MG, not only from technical and environmental points of
view, but also from an economic point of view; therefore,
accurate design, sizing, management and control of NESSY
will be addressed within the project with the aim of achieving
a final configuration that can be competitive on the market.
This process will concern advanced theoretical analyses and
simulation studies; furthermore, a small-scale NESSY
prototype will be also manufactured and possibly installed on
an electric boat at the aim of testing NESSY in a real
environment. In this regard, reference will be made to two
ESSs characterized by complementary features, namely an
UM and a BP, which will be coupled through a three-level
power electronic converter. In addition, the structure of the
AVR will be defined in detail, by evaluating different
solutions and the advantages they can bring from both
technical and economic points of view. In conclusion,
advanced management and control strategies will be
developed, which will integrate UM, BP, AVR, M and BCI
control systems over propulsion and grid-connected
operating modes. In this regard, the NESSY management and
control system will have to satisfy port MG needs when the
boat is connected to the BCI; this requires a further
integration of NESSY management and control system within
the overall port MG, as detailed in the following section.
information about EVs characteristics and drivers behavior
(Fig. 3). As a consequence, the Aggregator, or Master Agent,
coordinates independent Agents for moving demand to the
most convenient hours without degrading power quality.
Fig. 3. MAS Decentralized control (Medium Voltage/LV level).
In the POSEIDON project, the proposed methodology is
adapted to port MGs, by including NESSY and the B2G
operation among the Agents, and transferring the
information/characteristics of NESSY from boats in the port
MG to the Aggregator. The AD/V2G/B2G Agents represent
the active customers. These Agents use a combination of local
information (own behaviour, flexibility, EV/boat
characteristics) and global data (energy price) to perform the
optimisation following the Nash’s theory on games. It is
important to notice that the MAS direct control considerably
reduces the flow of data and information and can be better
suited than centralized control systems for LV applications.
It is important to remark that in the port area, regarding
vehicle and boats connections to the microgrid, a multitude
of charging infrastructures has to be managed, with
unidirectional and bidirectional power flows. Hence, Agents

13. Progetto POSEIDON - Microreti intelligenti in aree portuali
V2G - 24 Ottobre 2019 - Manifattura Tabacchi
BENEFICI ATTESI
 Uso più razionale ed efficiente dell’energia nelle aree portuali
 Maggiore utilizzo di sistemi di propulsione elettrica a bordo delle imbarcazioni,
con conseguente riduzione dei consumi di combustibili fossili e delle emissioni
inquinanti, soprattutto nelle aree portuali e marine protette
 Erogazione di servizi alla microrete portuale, secondo logiche V2G e B2G, con
ulteriori benefici economici sia per il proprietario del veicolo/imbarcazione sia
per il gestore della microrete
 Ricadute occupazionali nel settore marittimo, con riferimento alla filiera della
propulsione elettrica e alla gestione intelligente dell’energia in aree portuali

14. RESPECT S.r.l info@respectsrl.it
NEPSY S.r.l. info@nepsy.it
DIEE – UniCA pilo@diee.unica.it
Grazie per l’attenzione

15. Progetto POSEIDON - Microreti intelligenti in aree portuali
V2G - 24 Ottobre 2019 - Manifattura Tabacchi
Ibrido serie
Ibrido parallelo
Elettrico Puro
La connessione alla rete è necessaria nel caso di sistemi puramente elettrici per ricaricare i
sistemi di accumulo adibiti alla propulsione dell’imbarcazione
SISTEMI DI PROPULSIONE PER IMBARCAZIONI