PoliMI -  Delfanti - Il sistema elettrico nazionale verso le smart grids
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PoliMI - Delfanti - Il sistema elettrico nazionale verso le smart grids

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Il cambio di paradigma della generazione elettrica impone un ripensamento integrale del modello operativo del mercato e del sistema elettrico (inter)nazionale: nuove tecnologie, nuovi modelli ...

Il cambio di paradigma della generazione elettrica impone un ripensamento integrale del modello operativo del mercato e del sistema elettrico (inter)nazionale: nuove tecnologie, nuovi modelli organizzativi, nuovi servizi e nuovi operatori. L’obiettivo del convegno è quello di analizzare e dibattere con gli operatori tutti quegli aspetti che partecipano a diversi livelli al cambio di paradigma: generazione distribuita, smart grid, sistemi di accumulo, smart cities e smart buildings.

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PoliMI - Delfanti - Il sistema elettrico nazionale verso le smart grids Presentation Transcript

  • 1. IL SISTEMA ELETTRICO NAZIONALE VERSO LE SMART GRIDS: POSSIBILITÀ DI CRESCITA PER IL MERCATO E PER LE INDUSTRIE DEL SISTEMA ANIE Maurizio Delfanti Politecnico di Milano Dipartimento di Energia Venerdì 08 Novembre 2013
  • 2. Indice 2 • Lo sviluppo delle fonti energetiche rinnovabili e l’evoluzione verso le smart grid • Alcuni risultati dello studio elaborato per ANIE ECOMONDO, Rimini - 08/11/13
  • 3. Perché la GD complica la gestione delle reti? Inversione di flusso SPI e regolazione di tensione 3 • La rete di distribuzione non è stata progettata per raccogliere energia della GD (energia ‘dal basso verso l’alto’: BT MT AT) • Questa condizione può verificarsi per poche ore dell’anno: fino a quando la GD è poca, e il carico prevale, tutto funziona come prima • Quando la GD supera il carico, si ha la cosiddetta inversione di flusso: a livello di trasformazione AT/MT (CP) a livello di singola linea MT problemi per SPI problemi per SPI e profilo di tensione 150 kV 20 kV • La GD altera l’esercizio in sicurezza del sistema elettrico di trasmissione non è garantito il funzionamento continuativo a fronte di variazioni anche minime della frequenza nella rete AAT e AT ECOMONDO, Rimini - 08/11/13
  • 4. … a cui si aggiungono alcune criticità nella gestione del sistema • Problemi di bilanciamento – surplus di produzione in ore di minimo carico (e in generale, diminuzione dei gruppi convenzionali in esercizio e decremento di fabbisogno): • FRNP non monitorate in tempo reale (DSO-Terna) e assente/difficile previsione sul breve-medio termine criticità su MGP e MSD: sottostimare produzione da FRNP offerta su MGP (a prezzo nullo); ridurre la capacità regolante; incrementare l’errore di previsione Ritarda la riduzione dei prezzi su MGP (…cmq già in corso) PUN = 0 €/MWh dei fabbisogni orari zonali residui da utilizzare per l’approvvigionamento di risorse su MSD. Aumento costi per approvvigionamento delle risorse su MSD • Le situazioni potenzialmente più critiche si presentano nei periodi diurni estivi (giorni di basso carico, p.e. le festività), con PV elevato. • Le difficoltà sono aumentate per le carenze infrastrutturali delle zone in cui le FRNP sono disponibili. ECOMONDO, Rimini - 08/11/13
  • 5. …che hanno portato allo sviluppo di alcuni nuovi scenari 1. L'evoluzione delle reti di trasmissione a livello continentale (codice europeo, ENTSO-E) 2. 5 L'evoluzione delle regole dimensione internazionale di connessione a livello nazionale: Del. 84/2012/R/eel; A.70 di TERNA; nuova edizione CEI 0-21 (luglio 2012); nuova edizione CEI 0-16 (dicembre 2012) 3. dimensione nazionale Riduzione della GD in emergenza del SEN (A.72) dimensione nazionale In Italia sono in corso numerose sperimentazioni in campo: • smart grid (Del. ARG/elt 39/10) sulle reti di distribuzione MT • veicoli elettrici (Del. ARG/elt 242/10) sulle reti di distribuzione BT • sistemi di accumulo (Del. ARG/elt 199/11) sulle reti di T&D …monitorare i risultati delle sperimentazioni darà la possibilità di acquisire conoscenze e esperienze per avviare un “deployment esteso” nazionale ECOMONDO, Rimini - 08/11/13
  • 6. L’unica soluzione possibile… 6 …il passaggio alle smart grid: ICT per la rete di distribuzione • Smart grid strutture e procedure operative innovative in grado di: mantenere un elevato livello di sicurezza e affidabilità del sistema; migliorare la gestione della GD e il controllo del carico; promuovere l’efficienza energetica e un maggiore coinvolgimento degli utenti finali (anche VE) nel mercato elettrico. Data € ICT Nuovi relè Impatto trascurabile ECOMONDO, Rimini - 08/11/13 Generazione Diffusa [%]
  • 7. Quale prospettiva per le reti di distribuzione 7 • Le reti di distribuzione mutano profondamente, verso le smart grid: i progetti pilota in corso servono per indirizzare lo sviluppo estensivo • La velocità di evoluzione dei sistemi elettrici in questo periodo storico è decisamente elevata («unprecedented») ENTSO-E, codice europeo per i generatori (RfG) dimensione internazionale avvento dei veicoli elettrici (ormai sul mercato…) regole di gestione delle reti e di connessione (Del. 84; all. A.70; CEI 0-21 da luglio 2012; dimensione CEI 0-16 da fine 2012): nazionale sperimentazione di sistemi di accumulo (Del. 199/11) nuove prospettive per il dispacciamento delle FER • La capacità di reazione mostrata dal sistema Italia rispetto alla tempesta in atto ha condotto a una situazione di assoluta avanguardia • Le nuove soluzioni tecnologiche sono pronte per essere dispiegate: un’occasione per il rilancio della filiera? ECOMONDO, Rimini - 08/11/13
  • 8. Indice 8 • Lo sviluppo delle fonti energetiche rinnovabili e l’evoluzione verso le smart grid • Alcuni risultati dello studio elaborato per ANIE ECOMONDO, Rimini - 08/11/13
  • 9. Prospettive di sviluppo di carico e generazione sulle reti di distribuzione • 9 In Italia, le stime sulla domanda di energia elettrica sono effettuate dal TSO correlazione tra i dati storici di carico, gli indicatori economici e l’indice di intensità elettrica sulla base di queste stime i DSO elaborano i propri piani di sviluppo rete. • In aggiunta, devono essere considerate anche le linee guida indicate nella SEN che tra le priorità di intervento riporta l’efficienza energetica e lo sviluppo delle FER. • Gli obiettivi SEN sull’efficienza energetica prevedono di risparmiare 20 Mtep/anno di energia primaria (15 Mtep/anno di energia finale) con una diminuzione dei consumi dell’80% per il settore termico e dei trasporti e del 20% per il settore elettrico. Le stime di evoluzione del carico sulle reti di distribuzione prevedono, quindi, un aumento dei consumi di energia elettrica pari a circa l’1-2% all’anno. • Gli obiettivi SEN sulle FER prevedono (per il settore elettrico) di sviluppare impianti fino a raggiungere il 36-38% dei consumi finali al 2020, con una produzione di 130 TWh/anno. Ipotizzando una taglia media per impianto tra 100 - 200 kW, il numero di nuovi impianti GD che saranno connessi alle reti MT e BT da qui al 2020 è pari a circa 160.000 - 80.000 (di cui il 90% sulla BT e il 10% sulla MT). ECOMONDO, Rimini - 08/11/13
  • 10. Prospettive di sviluppo della rete di distribuzione • 10 Sulla base dei dati di evoluzione di carico e GD, è possibile individuare le percentuali di sviluppo (numero di interventi in uno specifico settore rispetto al numero di interventi totali) dei principali investimenti sulle reti di distribuzione nei prossimi anni • In valore assoluto, con riferimento alla sola realizzazione di nuove CP e CS, il numero di impianti da realizzare da qui al 2020 è stimabile (sulla base dei dati storici degli ultimi anni e dei piani di sviluppo) in circa 100 – 200 nuove CP e di 25.000 – 50.000 nuove CS ECOMONDO, Rimini - 08/11/13
  • 11. Architettura del sistema: livelli funzionali 11 • Livelli funzionali (sottostazione estesa): 0. centri operativi evoluti; 1. cabina primaria smart; 2. cabina secondaria smart; 3. utente attivo e passivo; infrastrutture di ricarica VE; sistemi di accumulo ECOMONDO, Rimini - 08/11/13
  • 12. Architettura del sistema: componenti innovativi • 12 La realizzazione di una rete smart NON può avvenire tramite lo sviluppo di un’unica soluzione integrata che copre l’intero sistema elettrico dalla trasmissione, alla distribuzione fino agli utenti finali e che può applicarsi indifferentemente in ogni diverso contesto le smart grid sono un insieme di soluzioni tecnologiche differenti che devono essere personalizzate, sviluppate e implementate a seconda delle diverse esigenze in modo da realizzare una gestione e un controllo ottimale di tutti i componenti di rete. • Quattro categorie di componenti innovativi per ciascun livello funzionale ECOMONDO, Rimini - 08/11/13
  • 13. Architettura del sistema: rete di comunicazione 13 • La maggiore innovazione nella struttura della rete di distribuzione consiste nell’integrazione di una opportuna rete di comunicazione. In Cabina Primaria le connessioni wired verranno sostituite per la maggior parte dalla fibra ottica, con conseguente eliminazione dei connettori verso la RTU. In Cabina Secondaria le RTU saranno connesse al centro tramite rete IP. La generazione diffusa, le infrastrutture di ricarica dei veicoli elettrici, i sistemi di accumulo (e in prospettiva anche i clienti finali) saranno connessi al centro tramite rete IP. • Comunicazione “always on” su rete internet pubblica con supporto DSL o Wi-Max Wi-Fi dedicata, fibra ottica, fibra ADSS Protocollo di comunicazione IEC 61850 ECOMONDO, Rimini - 08/11/13
  • 14. Le funzioni innovative da realizzare (nel perimetro dello studio) Telecontrollo e gestione in tempo reale della rete di distribuzione MT e BT tramite scambio informativo tra tutti gli elementi del sistema (connessione “always on” tra il sistema centrale e le cabine secondarie) Visualizzazione misure e valori di forecasting in tutti i nodi di rete Rete di distribuzione Ottimizzazione in tempo reale e in fase predittiva delle risorse di rete Riduzione delle perdite mediante individuazione dinamica dell’assetto di rete MT ottimale Automazione avanzata di rete (selettività logica lungo linea, controalimentazione automatica) in assetto radiale (o ad anello) Telecontrollo interruttori BT con richiusura automatica condizionata all’assenza tensione a valle Incremento dell’affidabilità del SPI mediante telescatto con logica fail-safe Regolazione innovativa della tensione MT Generazione diffusa Limitazione/modulazione in emergenza della potenza attiva immessa da ciascuna unità GD Monitoraggio delle iniezioni da GD in tempo reale e in fase predittiva Previsione e controllo della produzione da GD nella prospettiva di un dispacciamento locale ECOMONDO, Rimini - 08/11/13 14
  • 15. Le funzioni innovative da realizzare (fuori dal perimetro delle stime) • 15 Controllo del carico, comunicazione dei dati all’interno della rete domestica e abilitazione di strategie di demand response Clienti • disponibilità dei dati anche da remoto (mobile, web) finali • analisi ed elaborazione dei dati per fornire feedback efficienza energetica e previsioni di consumo/produzione • ottimizzazione consumi attraverso il controllo degli elettrodomestici • Integrazione in rete di infrastrutture di ricarica dei VE • localizzazione stazioni e prenotazione ricarica con ricerca ottimizzata Infrastrut • integrazione sistemi car-sharing ture di • abilitazione pagamento diretto delle ricariche ricarica • interfacce utente web/mobile dei VE • alert via sms di completamento / disponibilità ricarica • integrazione con i sistemi di gestione della rete, previsione della produzione da fonti rinnovabili e controllo dinamico delle ricariche Sistemi di accumulo Smart city Controllo e gestione dei sistemi di accumulo Gestione multifunzionale degli apparati installati presso gli utenti finali Controllo e gestione dei sistemi di illuminazione pubblica Controllo e Rimini - dei sistemi di trasporto pubblico ECOMONDO,gestione 08/11/13
  • 16. I fattori che influenzano gli investimenti • 16 Gli investimenti in progetti di innovazione tecnologica sono fortemente influenzati dal quadro regolamentare, dallo stato della rete e dalla struttura della produzione e del consumo, nonché dalla volontà di intervenire e dalle nuove esigenze dei soggetti investitori. • Questi parametri giocano un ruolo importante nelle scelte di investimento, paesi con: elevate quantità di GD investiranno in progetti per l’aumento della hosting capacity; elevata regolazione della QoS investiranno in automazione avanzata di rete; quantità di domanda flessibile investiranno in progetti di demand response. Il JRC nell’inventory smart grid project ha catalogato circa 281 progetti smart grid e circa 90 progetti di smart metering in Italia si contano 40 progetti: integrazione della GD 66,51 M€; smart network management smart customers e smart home 65,3 M€; 4,78 M€; aggregation (demand response, VPP) 6,84 M€; electric vehicles e vehicle2grid applications integrazione delle FER smart metering avanzati 10,38 M€; 4,46 M€; ECOMONDO, Rimini - 08/11/13 29,62 M€;
  • 17. Investimenti e previsioni per il mercato italiano: scenari di sviluppo in Italia 17 Per considerare la forte variabilità dei fattori che influenzano gli investimenti in Italia, è necessario definire scenari di sviluppo rispetto ai quali valutare il potenziale operativo di diffusione delle diverse soluzioni e la relativa forchetta di investimenti. • Scenario S1: bassa penetrazione della GD e quadro normativo e regolatorio che pone barriere (non crea condizioni favorevoli) allo sviluppo di tecnologie innovative e quadro normativo e regolatorio che pone barriere di tecnologie innovative • Scenario S3: bassa penetrazione della GD e quadro normativo-regolatorio che garantisce il max sostegno alle smart grid • Scenario S4: elevata penetrazione della GD e quadro normativo-regolatorio garantisce il max sostegno alle smart grid ECOMONDO, Rimini - 08/11/13 che Miglioramento del quadro normativo – regolatorio • Scenario S2: elevata penetrazione della GD Scenario S3 Scenario S4 Rmax Rmax GDmin GDmax Scenario S1 Scenario S2 Rmin Rmin GDmin GDmax Aumento della GD
  • 18. 18 Potenziale al 2020 delle soluzioni smart in Italia… …to be continued Seminario ANIE il 4 dicembre a Milano ECOMONDO, Rimini - 08/11/13
  • 19. 19 GRAZIE PER L’ATTENZIONE! (comments are welcome) maurizio.delfanti@polimi.it http://www.energia.polimi.it ECOMONDO, Rimini - 08/11/13