Scenari futuri della produzione e distribuzione dell’energia: le smart grid
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Scenari futuri della produzione e distribuzione dell’energia: le smart grid

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Carlo Alberto Nucci DEI – UNIBO

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Scenari futuri della produzione e distribuzione dell’energia: le smart grid Presentation Transcript

  • 1. Carlo  Alberto  Nucci     Università  di  Bologna  -­‐  DEI   Scenari  futuri  della  produzione  e  distribuzione   dell’energia:  le  smart  grid       Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione       Workshop      
  • 2. Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione     Sommario     1. Dalla  rete  ele9rica  tradizionale  alla  smart  grid   2. Perché  è  necessaria  la  smart  grid   3. Smart  grids  come  ‘enabler’  delle  smart  city   4. AEvità  nel  campo  delle  smart  grid  presso  il   Laboratorio  sistemi  ele9rici  di  potenza  del  DEI   -­‐  Università  di  Bologna    
  • 3. Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione     Sommario     1. Dalla  rete  ele9rica  tradizionale  alla  smart  grid   2. Perché  è  necessaria  la  smart  grid   3. Smart  grids  come  ‘enabler’  delle  smart  city   4. AEvità  nel  campo  delle  smart  grid  presso  il   Laboratorio  sistemi  ele9rici  di  potenza  del  DEI   -­‐  Università  di  Bologna    
  • 4. Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione     130kV/20kV   400kV/130kV   20kV/400V   UHV  network   HV  network   ReH  MT/BT   Load   GeneraHon   La  rete  ele(rica  “tradizionale”
  • 5. Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione     Anche  la  rete  ele9rica    tradizionale  è  ‘smart’   La  rete  ele(rica  “tradizionale”
  • 6. Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione     La  Smart  Grid ! Smart  grid  –  Europe  Technology  PlaRorm     h9p://www.smartgrids.eu/  
  • 7. Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione     Sommario     1. Dalla  rete  ele9rica  tradizionale  alla  smart  grid   2. Perché  è  necessaria  la  smart  grid   3. Smart  grids  come  ‘enabler’  delle  smart  city   4. AEvità  nel  campo  delle  smart  grid  presso  il   Laboratorio  sistemi  ele9rici  di  potenza  del  DEI   -­‐  Università  di  Bologna    
  • 8. Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione     Potenza  ele(rica  installata  in  Italia Potenza  efficiente  degli  impian;  ele(rici   di  generazione  in  Italia  al  31.12.12
  • 9. Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione     Adattato da D. Chiaroni, Energy & Strategy Group – Politecnico di Milano, FORUM-PA, Milano, Feb 12, 2013   Andamento  della  potenza  connessa  in  Italia Fotovoltaico
  • 10. Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione                Potenza  eolica  installata  per  anno  nel  mondo Da  WWEA  –  World  Wind  Energy  Associa+on   Eolico
  • 11. Transforming the global energy mix: The exemplary path to 2050/2100 – Source WBGU, 2003 Energy  mix  del  futuro?
  • 12. Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione     130kV/20kV   400kV/130kV   20kV/400V   UHV  network   HV  network   ReH  MT/BT   Load   GeneraHon   DG DG DG Smart  Grid Impa9o  delle  Generazione  Distribuita  
  • 13. Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione     1.  Inversione  di  flussi  di  potenza  à     •  Limi+  di  transito   •  Alterazione  profili  di  tensione  sulle  linee   •  Malfunzionamento  protezioni     2.  Aleatorietà  delle  fonH  rinnovabili  à   •  Necessità  di  sorgen+  di  accumulo   •  Ges+one  ancora  più  ‘intelligente’  del  sistema,  e   ampio  uso  di  ICT   3.  Impiego  di  fonH  rinnovabili  à     •  uso  di  conver+tori  (e  non  generatori  sincroni)  e   quindi  perdita  di  inerzia  e  di  stabilità   Perché  deve  essere  Smart
  • 14. Courtesy  of  M.  Merlo  –  Politecnico  di  Milano,  Italy   0%   5%   10%   15%   20%   25%   30%   35%   40%   45%   50%   55%   60%   65%   70%   75%   80%   85%   90%   95%   100%   0,0   0,5   1,0   1,5   2,0   2,5   3,0   3,5   4,0   4,5   5,0   5,5   6,0   6,5   7,0   7,5   8,0   8,5   9,0   9,5   10,0   Percentualedinodisultotale Potenza Installabile [MW] Limi+  di  transito   Variazioni  rapide  limitate  al  6%   Variazioni  lente  di  tensione   Nessun  vincolo  violato   www.autorita.energia.it/docs/09/025-09arg.htm > Allegato A > Allegato 2 Perché  deve  essere  Smart
  • 15. Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione     Sommario     1. Dalla  rete  ele9rica  tradizionale  alla  smart  grid   2. Perché  è  necessaria  la  smart  grid   3. Smart  grids  come  ‘enabler’  delle  smart  city   4. AEvità  nel  campo  delle  smart  grid  presso  il   Laboratorio  sistemi  ele9rici  di  potenza  del  DEI   -­‐  Università  di  Bologna    
  • 16. Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione     La  smart  gid  sarà  uno  dei  principali   ‘enabler’  delle  smart  city
  • 17. Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione     La  smart  gid  sarà  uno  dei  principali   ‘enabler’  delle  smart  city
  • 18. Courtesy  of  Dr.  P.  Mancarella   It  is  not  only  about  electricity   La  smart  gid  sarà  uno  dei  principali   ‘enabler’  delle  smart  city
  • 19. Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione     Importanza  dell’accumulo
  • 20. Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione     Sommario     1. Dalla  rete  ele9rica  tradizionale  alla  smart  grid   2. Perché  è  necessaria  la  smart  grid   3. Smart  grids  come  ‘enabler’  delle  smart  city   4. AEvità  nel  campo  delle  smart  grid  presso  il   Laboratorio  sistemi  ele9rici  di  potenza  del  DEI   -­‐  Università  di  Bologna    
  • 21. Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione     Measurements   (e.g.  PMUs)   Management  of  genera;on,  storage  and  compensa;on   resources,  with  voltage  amplitude  profiles,  lines  overload  and   losses  minimiza;on  constraints µgrid  at   CESI,  Milan  
  • 22. Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione     Measurements   (e.g.  PMUs)   Management  of  genera;on,  storage  and  compensa;on   resources,  with  voltage  amplitude  profiles,  lines  overload  and   losses  minimiza;on  constraints
  • 23. 00 HV network CUB1 CUB2 CP 01 04 10 08 Linea 2 Porzione di rete passiva Linea 1 Porzione di rete con GD Tensione  al  nodo  [p.u.]   0,90 0,95 1,00 1,05 1,10 1,15 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Scenario  5  linea  1 Scenario  5  linea  2 Limite  sup Limite  inf Distanza   da  CP   Linea  1  (configurazione  a]va)   Linea  2  (configurazione   passiva)   Vmax  =  1,05  p.u.   Vmin  =  0,95  p.u.   Management  of  genera;on,  storage  and  compensa;on   resources,  with  voltage  amplitude  profiles,  lines  overload  and   losses  minimiza;on  constraints
  • 24. Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione     PMU  –  phasor  measurement  units
  • 25. Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione     800mcableline External transmission network BR1 BR1-­‐GT1 BR-­‐ST BR1-­‐GT2 BR2-­‐GT1 BR2-­‐GT2 PMU3 PMU2 PMU1 Management  of  inten;onal  and  non  inten;onal   islanding  opera;on  of  ac;ve  distribu;on  gridsGent 0.16 0.17 0.18 0.19 0.2 0.21 -­‐1600 -­‐1400 -­‐1200 -­‐1000 -­‐800 -­‐600 -­‐400 -­‐200 0 200 0 10 20 30 40 50 60 Angle  difference  between  positive-­‐sequence   components  of  PMU1  and  PMU2  phasors    (°) Angle  difference  between  positive-­‐sequence   components  of  PMU2  and  PMU3  phasors    (°) Time    (s) PMU2-­‐PMU3 PMU1-­‐PMU2
  • 26. Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione     Micro-­‐controlled  Power  Management  System  for   Standalone  Microgrids  with  Hybrid  Power  Supply
  • 27. A3 A2 Water Outlet Water Inlet Air Outlet A1 A0 Air Inlet Radiator Fan Water pump Blower Filter Heat exchanger Electro valve 2 Electro Valve 1 Pressure reducing valve H2 Outlet Gas to gas humidifier 3-way valve Stop cock S10 W2 W7 A CM WC1 WC2 W8 W1 W5 W6 W3 W4 H2 Inlet A4H1 Water tank S9 STACK Water  tank   Humidifier   Heat     Exchanger   Blower   Water  pump   H2  inlet     valve   Stack   PEM fuel cell layout Micro-­‐controlled  Power  Management  System  for   Standalone  Microgrids  with  Hybrid  Power  Supply
  • 28. Co-­‐simulazione       Control  strategies  over  communicaHon  network  of  distributed  energy   and  storage  resources  connected  to  medium  voltage  feeders   Catalyst  ContribuHon:   Ø  Modeling  and  simula+on  of    ICT-­‐based  control  strategies  of  DERs   taking  into  account  the  requirements  of  fast-­‐chargers  –  Transfer  this   innova+ve  technology  to  the  large  industry  (SIEMENS)   AcHvity  expected  Outcome:   Ø  Power-­‐ICT  co-­‐simula+on  plahorm  of  control  strategies  over   communica+on  network.   Ø  Model  of  fast-­‐chargers  –  grid  interac+on  for  the  proposed   simula+on  framework   Ø  Design  of  user-­‐centric  input  to  control  the  DERs   Value:  analysis  of  realis+c  case  of  communica+on-­‐based  control   strategies  of  a  MV  network  -­‐  understand  how  to  extend  the  upper   limit  of  concurrent  fast  chargers   Ø  Technology  transfer  to  producers  of  distribu+on  management   systems   ContribuHon  to  KPIs:   Ø  #iden+fied  innova+on  opportuni+es,  #number  of  innova+ons   incubated   ICT-­‐based  control  strategies  of  DERs  is  crucial  to  dynamically  extend  the  upper  limit  of  concurrent  fast  chargers  locally   connected  to  a  MV  network   DRAFT   InnovaHon  Opportunity   ScouHng   Technology  Transfer   Co-­‐simula+on  of   electric  power  and   communica+on   networks   presented  by  University  of  Bologna.  Reference:  Alberto  Borghe]   Facilitate  Electric  Mobility  by  improved  ICT-­‐based    control  strategies  of  DERs   (e.g   photovoltaic   units,   co-­‐generaHon   plants,   storage   units)   as   well   as   of   other   regulaHon   resources   (e.g.   load   tap   changers   and   capacitor   banks)   connected  to  urban  MV  feeders.   E2SG  -­‐  Energy  to   Smart  Grid,   SMARTGEN   EIT  Funding:  40  K€   #FTE:  0,4  py     Non-­‐EIT  Funding:  160  K€   #FTE:  1,6  py   €   € complementary     funding  co-­‐funding  
  • 29. Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione     Proge(o  SMARTGEN   www.smartgen.it
  • 30. 30  Genova,  9  O9obre  2012,  visita  di  verifica     From  current  grid  to  Smarter  Grid   RER/ DER RER/ DER AT/MT MT/ BT Reti di distribuzione attive con generatori di varia taglia e accumulo Distribution Management System avanzato Servizi per nuovi operatori nel mercato liberalizzato
  • 31. FUNZIONALITÀ DEL DMS SMARTGEN Università di Bologna Università di Genova 31Genova, 9 Ottobre 2012, visita di verifica
  • 32. Funzionalità del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enova, 9 Ottobre 2012, visita di verifica 32
  • 33. Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione     Proge(o  SMARTGEN   Area di proprietà di ENEL INGEGNERIA e INNOVAZIONE: •  The main ENEL experimental facility for small plants in the power generation field •  Personell :10 unit. •  Experimental plants 18
  • 34. Ridurre  i  cos+  energe+ci  in  azienda:  dagli  scenari  ai  meccanismi  di  incen+vazione     Area Sperimentale di Livorno Le potenze di riferimento al punto di consegna in Media Tensione: •  Cavo alimentazione 15 kV dalla stazione (250 metri): 4 MW •  Potenza nominale iniettabile in rete: 3 MVA •  Potenza massima prelevabile: 2 MW La Cabina è dunque strutturata per un cliente MT dotato sia di utenze passive che attive. Descrizione dell’Area