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    Massucco Massucco Presentation Transcript

    • SmartGen: metodi e strumentiinnovativi per la gestione di reti di distribuzione attive Stefano Massucco Università di Genova stefano.massucco@unige.it
    • Contesto: Smart grid• Scopo: – Facilitare il funzionamento di generatori di ogni taglia e tecnologia – Permettere un ruolo attivo del carico elettrico nell’ottimizzazione del funzionamento del sistema – Fornire agli utenti maggiori informazioni e una più ampia scelta di fornitori – Ridurre significativamente l’impatto ambientale – Aumentare i livelli di affidabilità, sicurezza e qualità del servizio Immagine tratta da Consumer Energy Report - http://www.consumerenergyreport.com/wp-content/uploads/2010/04/smartgrid.jpg - Tutti i diritti riservati 2
    • Smart Grids Technology Platform*Priorità identificate dalla piattaforma tecnologica – Ottimizzazione della gestione della rete – Ottimizzazione delle infrastrutture di rete – Integrazione di impianti di generazione aleatoria di grandi dimensioni – Utilizzo di ICT - Information & Communication Technology – Reti di distribuzione attive – Nuovi mercati e coinvolgimento degli utenti – Efficienza energetica * www.smartgrids.eu 3
    • Requisiti per un moderno sistema elettrico  Reelle Netzteile 380/220kV • more than 450 M population •Power: 350 GW •Energy/Year: 2300 TWh •EHV & HV grid: > 200,000 km •1,500 euro/person investment• Affidabilità• Economicità• Basso impatto ambientale  smart grid• Sostenibilità• Flessibilità
    • Rete elettrica di distribuzione “attiva”(smart):definizioneTratta dalle attività del Working Group SC C6 della CIGRE:“Le reti di distribuzione attive sono reti di distribuzioneequipaggiate con controlli per la gestione di risorsedistribuite (generatori, carichi, accumuli).I Distribution System Operator (DSO) hanno la possibilità digestire i flussi di potenza usando in modo flessibile latopologia di rete. Le risorse distribuite, inoltre, prendonoparte al supporto del sistema in modo regolato da opportuniquadri normatori e da accordi di connessione”.
    • Active Distribution Network DMS Distribution networks where P, Q, V P, Q, V generators, P, Q, V P, Q, V storage units, P, Q P, -Q P, Q power electronic S WT = PV devices are fully integrated (DER) CHPA Distribution Management Systems (DMS) provides:management of load & generating sources, protection and controlof the network, matching PQ requirements.
    • le reti di trasmissione sono sempre state smart: occorre passare da reti di distribuzione passive a reti attive Senza Transmissione generazione distribuitaSub-transmissione Flussi di potenza unidirezionali dalla rete diDistribuzione (MT) trasmissione a quella di distribuzione Distribuzione (BT) 7
    • Da reti di distribuzione passive a reti attive Transmissione Con generazione distribuitaSub-transmissione Flussi di potenza bidirezionaliDistribuzione (MT) tra la rete di trasmissione e le infrastrutture di Distribuzione distribuzione (BT) 8
    • SmartGen MERCATO ELETTRICO Aggregatori / Active Demand1. BILANCIAMENTO ENERGETICO Bilanciamento generazione / carico Mantenimento della curva di carico2. SICUREZZA DELLA RETE Stabilità dei parametri di rete Continuità di fornitura INFRASTRUTTURA RETE ELETTRICA Rete di distribuzione Microgrid, VPP/VPU 9
    • SmartGen - Obiettivi• Individuare e analizzare scenari di reti attive intelligenti con: – Generazione distribuita e da rinnovabili – Possibilità di gestione attiva del carico – Possibilità di interazione attiva con il mercato elettrico• Definire e implementare l’architettura di un DMS (Distribution Management System) per la gestione di porzioni di rete – Interfaccia con SCADA / Comunicazione con il campo – Integrazione di diverse funzioni di monitoraggio, controllo, supervisione e gestione – Supporto a servizi di gestione di produzione/carico – Aspetti di cyber security• Sviluppare algoritmi e tecniche di controllo per specifiche problematiche e modalità di funzionamento da integrare nel DMS – Ottimizzazione, di controllo dei flussi di potenza, della tensione e di fornitura dei servizi ausiliari da generazione rinnovabile diffusa e dal carico – Stima dello stato – Previsione di produzione, consumi flussi di potenza – Gestione situazioni di emergenza / anomale (disconnessione dalla rete principale)• Dimostrare funzionalità e vantaggi in ambiente reale – integrazione simulazione/sito reale 10
    • Smartgen - Benefici e Ricadute• Integrazione – Generazione distribuita (in particolare da fonti rinnovabili) nelle reti di distribuzione• Miglioramento – Controllabilità e gestione della rete elettrica – Gestione delle congestioni di rete – Qualità del Servizio (QdS) – Stabilità della rete – Procedure di recupero da eventi di emergenza (black out)• Aumento – Partecipazione degli attori al mercato dellelettricità, in particolare aggregatori (load/generation aggregator) e utenti finali• Riduzione – Nuove linee di trasmissione – Perdite nella rete 11
    • SmartGen – Consorzio, ruoli & dati Università di Genova - DINAEL Coordinamento scientifico Architettura del DMS, Softeco Sismat S.r.l. identificazione delle tecnologie e Coordinamento tecnico e amministrativo attività di disseminazione Integrazione di sistema, software di automazione e comunicazione, collegamento con gestione economica Università di Bologna - DIE Funzioni innovative del DMS, interfaccia con sistemi di monitoraggio evoluto s.d.i. S.p.A. 1 Autumn Load Profiles Residential Agricultural Progettazione e integrazione su 0. 9 Industrial piattaforma sdi eXPert SCADA e DMS di Commercial 0. 8 0. 7 0. 6 Active Power (pu) 0. 5 0. 4 0. 3 metodi e strumenti innovativi per laRicerca universitaria 0. 2 0. 1 0 0 24 48 72 96 1 20 1 44 1 68 gestione intelligente della rete Time (h) Ricerca Industriale / Soluzioni & Prodotti Enel Ingegneria e Ricerca Requisiti di sistema, definizione dell’architettura del DMS e INIZIO: Gennaio 2011 sperimentazione sul campo DURATA: 36 mesi COSTO = oltre 2.8 M€ Contributo = 1.1 M€ Ricerca Industriale / Infrastruttura sperimentale 12
    • Piano di lavoro 2011 2012 2013 2011-I 2011-II 2012-I 2012-II 2013-I 2013-IIWP7 WP6 WP5 WP4 WP3 WP2 WP1 ANALISI E DEFINIZIONE DEI REQUISITI E SCELTA DEI SITI DIMOSTRATIVI REQUISITI AVANZAMENTO IDEAZIONE E SVILUPPO DELLE METODOLOGIE METODOLOGIE DISEGNO ARCHITETTURALE, SPECIFICA, SVILUPPO ED ACQUISIZIONE DEI ARCHITETTURA COMPONENTI HARDWARE E SOFTWARE INTEGRAZIONE OGGI INTEGRAZIONE DIMOSTRAZIONE IN CAMPO SPERIMENTAZIONE DISSEMINAZIONE SCIENTIFICA ED USO DEI RISULTATI DISSEMINAZIONE GESTIONE DEL PROGETTO GESTIONE Durata totale: 36 mesi 13
    • Attività in fase di finalizzazione - 1La definizione della “visione” di SmartGen – A cosa si applica • Il modello SmartGen – Quali effetti produce Come agisce • L’effetto SmartGen – Quali benefici e vantaggi offre • I benefici, costi e risparmi di SmartGen 14
    • Attività in fase di finalizzazione - 2• Definizione del modello SmartGen – Modello concettuale generico di sottorete cui si rivolge SmartGen • Lo scenario della visione completa di SmartGen • La struttura di rete prima e dopo• Definizione Architettura – Comunicazione con apparati di campo – Moduli ed algoritmi – Funzionalità 15
    • Collocazione di SmartGen MERCATO EMS Trading Ancillary Service Reti AT Vincoli economiciRETE ELETTRICA FunzionalitàTrasmissione (reti AT) Gestione Controllo PrevisioniDistribuzione (MT/BT) Simulazioni Microgrid Virtual Power Plant Reti MT/BT Virtual Power UtilityVincoli tecnici DMS 16
    • Architettura - DettaglioVINCOLI TECNICI (CAMPO / INFRASTRUTTURA) VINCOLI ECONOMICI (MERCATO) COMUNICAZIONE TRASMISSIONE TRADING SCADA AT EMS ACTIVE DEMAND / DSM ANCILLARY SERVICES LOAD/PRODUCTION AGGREGATION CONTROLLO LOCALIZZAZIONE AT/MT DECENTRATO GUASTI CONTROLLO CENTRALE SCHEDULATORE / BROKER / ESB CONTROLLO (ALGORITMI) GENERAZIONE LOCALE PREVISIONE CARICO CONTROLLO MT ACCUMULO LOCALE PREVISIONE GENERAZIONE (METEO) CONTROLLO CARICO STIMA STATO LOCALE COMUNICAZIONE CONTROLLO LOCALIZZAZIONE OTTIMIZZAZIONE PUNTO DI LAVORO SCADA AT/MT DECENTRATO GUASTI (RI)CONFIGURAZIONE OTTIMA DISTRIBUZIONE CONTROLLO LOCALIZZAZIONE GUASTI GENERAZIONE LOCALE CONTROLLO BT ACCUMULO LOCALE CIM SERVER I/O CONTROLLO CARICO LOCALE REAL TIME HISTORIAN CIM OPC VINCOLI TECNICI (CAMPO REALE) DB DB DBVINCOLI TECNICI (CAMPO SIMULATO) SmartGen DMS 17
    • Architettura - Dettaglio VINCOLI TECNICI (CAMPO / INFRASTRUTTURA)2. Controllo VINCOLI ECONOMICI (MERCATO) 1. Controllo TRADING COMUNICAZIONE TRASMISSIONE distribuito SCADA AT EMS ACTIVE DEMAND / DSM centrale ANCILLARY SERVICES LOAD/PRODUCTION AGGREGATION AT/MT CONTROLLO DECENTRATO CONTROLLO CENTRALE SCHEDULATORE / BROKER / ESB (ALGORITMI) CONTROLLO GENERAZIONE LOCALE PREVISIONE CARICO CONTROLLO MT ACCUMULO LOCALE PREVISIONE GENERAZIONE (METEO) CONTROLLO STIMA STATO CARICO LOCALE COMUNICAZIONE OTTIMIZZAZIONE PUNTO DI LAVORO SCADA MT/BT CONTROLLO DECENTRATO (RI)CONFIGURAZIONE OTTIMA DISTRIBUZIONE CONTROLLO LOCALIZZAZIONE GUASTI GENERAZIONE LOCALE CONTROLLO BT ACCUMULO LOCALE CIM SERVER I/O CONTROLLO3. Controllo CARICO LOCALE REAL TIME HISTORIAN CIM OPC VINCOLI TECNICI (CAMPO REALE) DB DB DB locale VINCOLI TECNICI (CAMPO SIMULATO) SmartGen DMS 18
    • Architettura – scambio dati CIM SCHEDULATORE / BROKER / ESB Middleware CIM CIM CIM xml xml xmlCIM CIMxml xml Convertitore Convertitore RDF MAT2CIM GIPE2CIMGIPE MATxml ENTSO 2010 CIM v15 xml <network>_EQ.xml: equipment <network>_SV.xml: system variables <network>_TP.xml: topology FUNZIONALITÀ SCADA CIM SERVER PREVISIONE CARICO PREVISIONE GENERAZIONE (METEO) Archiviazione CIM STIMA STATORETE ELETTRICA CIM OTTIMIZZAZIONE PUNTO DI LAVORO Distribuzione (MT/BT) xml CIM xml CIM CIM (RI)CONFIGURAZIONE OTTIMA xml DB LOCALIZZAZIONE GUASTI 19
    • Architettura – deployment ESB support Web Service Web Application FTP CIMServer Hot deployment on container POJO Instant Deployment File metadata / model mgmt Embeddable/Stand-alone Apache TOMCAT HAND SHAKING Servlet Container RDBMS ALGORITMI HOST fisico (macchina virtuale)http://www.mulesoft.org/documentation/display/MULE3USER/Deploying+Mule+as+a+Service+to+Tomcathttp://axis.apache.org/axis2/java/core/docs/pojoguide.htmlhttp://mina.apache.org/ftpserver/embedding-ftpserver-in-5-minutes.htmlhttp://www.mulesoft.org/documentation/display/MULE3USER/Deploying+Mule+as+a+Service+to+Tomcat 20
    • Common Information Model (CIM)• CIM è uno standard adottato da International Electrotechnical Commission (IEC) per la creazione di un modello semantico – Originariamente concepito come mezzo per la definizione della semantica di accesso ai dati elettrici da parte dei vari componenti dei sistemi di controllo delle reti di trasmissione – Esteso alla modellazione delle reti di distribuzione – Scopo di garantire l’interoperabilità e lo scambio di informazioni• Il CIM è sviluppato e manutenuto da Working Group WG3 all’interno del Technical CommitteeTC 57 di IEC – Fa uso di Enterprise Architect, un tool di progettazione di modelli UML della Sparxs Systems• Norme IEC – Core del CIM in IEC 61970-301 per la trasmissione – Pacchetti addizionali in IEC 61968-11 per l’estensione alla distribuzione – Pacchetti addizionali in IEC 62325-301 per l’estensione al mercato elettrico 21
    • Adozione standard CIM• Gruppo di profili CIM adottati in SmartGen – CIM v14 ENTSO-E 2009 (disponibile) – CIM v15 ENTSO-E 2011 (appena sarà rilasciato)• Profili CIM v15 ENTSO-E 2011 – – Equipment (apparecchiature) Topology (connessione tra componenti) CIM – State Variables (variabili) 600+ classi – Diagram Layout (layout di diagramma) – Dynamic (simulazione dinamica) ENTSO-E – Geographical (coordinate geografiche) ~60 classi• Novità di CIM v15 rispetto al precedente v14 del 2009 – Nuovo modello di trasformatore – Modellazione reti squilibrate (distribuzione) – Distinzione tra layout di diagramma e coordinate geografiche 22
    • Ottimizzazione multilivello dell’esercizioA. Borghetti, S. Grillo, S. Massucco, A. Morini, C.A. Nucci,M. Paolone, F. Silvestro: “Generazione diffusa, sistemi dicontrollo e accumulo in reti elettriche” AEIT n. 11/12,Dicembre 2010, pp. 6-15, ISSN: 1825-828X 23
    • Attività in fase di finalizzazione - 3Identificazione siti sperimentali: – Accessibilità e controllabilità – Vantaggi tecnici ed operativi – Disponibilità di • generazione distribuita, • accumulo, • carico controllabile – Identificazione di indicatori Navicelli Amaie Ateneo Livorno Ventotene Uno o più feeder MT x x x Reg V/Q x x x Accumulo x x Logiche protezione Utenti attivi x x Comunicazione x SCADA interfacciabile x x x x x TOTALE 2 3 4 4 2 24
    • Area Sperimentale di Livorno (ENEL IIN)• Area di proprietà di ENEL INGEGNERIA e INNOVAZIONE• Rete interna d’utenza MT e BT : – Servizi e utenze impiantistiche comuni (300kW) – Impianti pilota per sperimentazione su combustione (1900kW): CARICO – Impianti sperimentali generazione distribuita (1200 kW) GENERAZIONE – Sistemi sperimentali di accumulo elettrico (100 kW) ACCUMULO• Possibilità di prove in campo ed interventi senza impatto sul distributore• Funzioni sperimentali applicabili – Stima dello Stato – Ottimizzazione punto di lavoro 25
    • Rete Distribuzione Sanremo AMAIE• La porzione di rete elettrica di distribuzione di Sanremo gestita da AMAIE S.p.A. si sviluppa su circa metà del territorio comunale e comprende sia aree urbane sia aree rurali.• La rete è composta da una cabina primaria AT/MT 132/15 kV (struttura a doppia sbarra equipaggiata con 2 trasformatori da 40 MVA) da cui si dipartono 10 feeder MT gestiti normalmente in assetto radiale. Le linee di MT sono sia cavi sia linee aeree e raggiungono un’estensione globale di 115 km circa. La rete MT è gestita a neutro compensato.• Impianti PV (uno da 500 kW)• Le cabine secondarie MT/BT 15/0,4 kV assommano, fra pubbliche e private, a 200 unità. Di queste 200 poco più del 10% sono telecontrollate. Le uniche funzioni ad oggi implementate sono comandi apri/chiudi ma si pianifica di rendere in futuro operativa la ricerca automatica del tronco guasto. 26
    • VPP Ateneo GenoveseMicrogrid presso una dellecabine MT/BT (DARSENA)• Impianto FV da 20 kWp – Progetto con modulo monocristallino da 180 Wp. – Produzione attesa annua: 24,4 MWh• Accumulo da 10 kW/12kWh con batterie Cabina tecnologia litio• Carichi controllabili Aux• Sistema di monitoraggio e controllo in tempo reale Micro FV Batteria Carico SCADA 27
    • Monitoraggio in tempo reale del carico elettrico Localizzazione monitoraggio Sensore sui 19 punti MT/BT 28
    • Conclusioni• SmartGen intende fornire e tecnologie abilitanti per le reti di distribuzione attive – Generazione / Gestione dei carichi• Sviluppo di un DMS evoluto (aperto anche ai futuri scenari del mercato elettrico) in fase di progettazione e sviluppo – Controllo della rete / Bilanciamento energetico• Il consorzio comprende l’intera filiera ed integra le competenze di ricerca necessarie e sperimenterà su siti test di dimensioni reali – Distributore / Università / Imprese di prodotti e servizi 29
    • Cos’è una smart cityCosa è una smart grid per una smart city?è il cosiddetto «enabling factor»
    • Contatti: www.smartgen.it info@smartgen.itCoordinamento tecnico e amministrativo Coordinamento scientifico Gianni Viano Stefano Massucco Softeco Sismat S.r.l. Università di Genova gianni.viano@softeco.it stefano.massucco@unige.it