RSE - Gallanti - Integrazione delle FER nel sistema elettrico

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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 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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RSE - Gallanti - Integrazione delle FER nel sistema elettrico

  1. 1. Integrazione delle rinnovabili nel sistema elettrico Massimo Gallanti ANIE Energia – ANIE Gifi Rimini, 8 novembre 2013 1
  2. 2. Le trasformazioni in atto nel Sistema Elettrico I driver della trasformazione Effetti • non programmabile • «Decarbonizzazione» della produzione elettrica Generazione da fonti rinnovabili cogenerazione • Efficienza energetica Nuovi usi elettrici • Integrazione mercati Incremento degli scambi • di piccola taglia • Spesso integrata con il consumo • Scarsamente programmabile • anche di piccola taglia • Integrata con il consumo • Pompa di calore • Mobilità elettrica • Cottura elettrica 2
  3. 3. Le trasformazioni in atto nel Sistema Elettrico Crescita potenza eolica e FV Fonte: SEN Fonte: Terna 3
  4. 4. Le criticità dell’attuale sistema elettrico Rapida crescita delle fonti rinnovabili non programmabili • Ad oggi sono già connessi alla rete circa 26.000 MW di potenza da fonti rinnovabili non programmabili – Quasi 18.000 MW di impianti FV in esercizio (più di 500.000 impianti) – Più di 8.400 MW di eolico. • La crescita continuerà nei prossimi anni – Al 2020 attesi quasi 35.000 MW di eolico e FV 4
  5. 5. Le criticità dell’attuale sistema elettrico Rapida crescita delle fonti rinnovabili non programmabili • I generatori di grossa taglia (eolico) sono concentrati in aree lontane dal carico dove spesso la rete di trasmissione non garantisce sufficiente capacità di trasporto – Es. produzione eolica contrata tra Campania e Puglia • Connessione di generazione di piccola taglia - detta anche Generazione Distribuita o Diffusa (GD) - sulla rete di distribuzione – Già nel 2011, circa di 18.000 MW in esercizio, per una produzione di 29 TWh – Oggi sono in esercizio più di 16.000 MW di soli impianti FV < 5 MW 5
  6. 6. Situazione critica alla punta Fonte: Terna 6
  7. 7. Le criticità dell’attuale sistema elettrico Il sistema elettrico al 2020 secondo la SEN 7
  8. 8. Le criticità di un sistema elettrico con FRNP Carenza regolazione in situazione di eccesso di produzione da fonti rinnovabili e basso carico Limitata quantità di generazione non Riserva a salire programmabile fornita da generazione abilitata Grande quantità di generazione non programmabile Riserva a salire Domanda da servire Riserva a scendere fornita da generazione abilitata Generazione programmabile abilitata ai servizi di rete Riserva a scendere Generazione programmabile abilitata ai servizi di rete FV+Eolico Generazione non programmabile non abilitata ai servizi di rete 8 Generazione non programmabile non abilitata ai servizi di rete Una minor quantità di produzione convenzionale deve garantire una maggior quantità di riserva ! Incremento di generazione aleaotoria e che non contribuisce alla riserva 8
  9. 9. Le criticità dell’attuale sistema elettrico Accentuate variazioni «carico residuo» in brevi intervalli di tempo ~ 5.000 MW ~ 11.000 MW Fonte: TERNA 9
  10. 10. Le criticità dell’attuale sistema elettrico Riduzione di risorse di regolazione a fronte di maggiori esigenze • Regolazioni di frequenza ∆f – Primaria: automatica – Secondaria: automatica – Terziaria: manuale 30 s 30 s – 15 min Time Inerzia 500 ms 30 s 30 s – 15 min 10 – 15+ min Adattato da ENTSO-E 10
  11. 11. Le criticità dell’attuale sistema elettrico I limiti della rete elettrica • La rete di trasmissione fa fatica a star dietro allo sviluppo della generazione da fonti rinnovabili non programmabili • L’attuale rete di distribuzione è stata progettata come rete «passiva» La rete di distribuzione alimenta i consumatori con la potenza prelevata dalla rete di trasmissione: nessuna gestione dei generatori e carichi connessi alla rete. La presenza di generatori sulla rete di distribuzione è considerata un’eccezione. Oggi, una volta connessi, i generatori producono quando e come vogliono. Si comportano allo stesso modo dei carichi. 11
  12. 12. Come fronteggiare le attuali criticità del sistema elettrico A. Responsabilizzare gli impianti da fonti rinnovabili non programmabili B. Potenziare la rete elettrica di trasmissione e distribuzione C. Aumentare la flessibilità del sistema elettrico D. Revisione del disegno del mercato elettrico 12
  13. 13. Come affrontare le nuove criticità del sistema elettrico Responsabilizzazione della generazione da fonti rinnovabili non programmabili • Responsabilizzare gli impianti alimentati da fonti rinnovabili non programmabili (grandi e piccoli) rispetto alle esigenze del sistema elettrico – Prevedere la potenza immessa in rete • Oggi gli sbilanciamenti del sistema elettrico sono un costo socializzato. • Prevedere lo scambio di potenza tra cabina primaria e RTN – «Sostenere» il sistema elettrico in occasione di disservizi e di eventi critici sulla rete • La GD deve essere «robusta» rispetto agli eventi di rete, per non aggravare il disservizio – Fornire al sistema elettrico alcuni dei servizi obbligatori (es. riserva primaria) oggi forniti solo dagli impianti convenzionali 13
  14. 14. Come affrontare le nuove criticità del sistema elettrico Interventi sulla infrastruttura di rete • Eliminare i «colli di bottiglia» sulla Rete di Trasmissione Nazionale • Eliminare le strozzature sulla rete del Centro-Sud che impediscono il completo sfruttamento della fonte eolica 14
  15. 15. Come affrontare le nuove criticità del sistema elettrico Interventi sulla infrastruttura di rete • Eliminare i «colli di bottiglia» sulla Rete di Trasmissione Nazionale Rinforzare il collegamento tra Centro Nord e Nord Rendere pienamente operativo il collegamento SA.PEI Completare rinforzo collegamento SiciliaCalabria Fonte: GME – Gennaio 2013 15
  16. 16. Come affrontare le nuove criticità del sistema elettrico Interventi sulla infrastruttura di rete – Evoluzione delle rete di distribuzione verso le Smart Grid • La rete di distribuzione diventa «attiva» • Effetti della presenza di GD sulla rete – Es.: inversione di flusso nel 30% delle sezioni AT/MT per almeno il 5% delle ore annue • Gli utenti (in particolare la GD) si comportano in modo “attivo”, cioè modificano il loro funzionamento secondo quanto disposto dal Gestore della rete • Nuovi sistemi di automazione e nuovi componenti a disposizione del DSO, per il controllo della rete Alla rete di distribuzione si sovrappone un pervasivo strato ICT: • sui singoli componenti (es. protezioni intelligenti, sensori) • Sistema di comunicazione per lo scambio di informazioni tra gli utenti connessi e il sistema di controllo centrale • Logiche di controllo a livello centrale (cabina primaria) 16
  17. 17. Come fronteggiare le attuali criticità del sistema elettrico Aumentare la flessibilità del sistema elettrico • Flessibilizzazione della generazione convenzionale • Promuove la diffusione degli impianti di punta (centrali turbogas) • Ricercare la flessibilità presso le risorse oggi «rigide» (carico, generazione non programmabile) • Modulazione delle importazioni • Impiego dei sistemi di accumulo (convenzionali e innovativi), anche distribuiti 17
  18. 18. Come affrontare le nuove criticità del sistema elettrico Aumentare la flessibilità del sistema elettrico impianti convenzionali • Valorizzare la generazione convenzionale (cicli combinati), aumentandone le prestazioni di flessibilità – Aumentare la banda di regolazione (primaria, secondaria, terziaria) – Riduzione della potenza minima (minimo tecnico) – Riduzione dei tempi di avviamento da caldo e da freddo – Riduzione dei tempi di permanenza in servizio – Incremento dei gradienti nella rampa di avviamento • Ruolo fondamentale dell’automazione di impianto per incrementare la flessibilità • Il Mercato dei Servizi di Dispacciamento deve valorizzare opportunamente la flessibilità – L’esercizio flessibile riduce la vita tecnica dell’impianto 18
  19. 19. Come affrontare le nuove criticità del sistema elettrico Garantire al Sistema elettrico la banda di regolazione primaria… Scenario 2020 ~ 3800 ore 19
  20. 20. Come affrontare le nuove criticità del sistema elettrico … sfruttando le potenzialità degli impianti convenzionali Scenario 2020 20
  21. 21. Come affrontare le nuove criticità del sistema elettrico Ricercare la flessibilità dove oggi non c’è • Partecipazione della generazione di piccola taglia e di quella non programmabile al mercato dei servizi di dispacciamento (MSD) • Interrompibilità della generazione da fonti rinnovabili non programmabili in situazioni di criticità per il sistema elettrico • Flessibilizzazione della domanda (Demand response) • Maggiore integrazione con i sistemi elettrici confinanti – Non solo nel mercato dell’energia, ma anche nel mercato dei servizi di dispacciamento 21
  22. 22. Come affrontare le nuove criticità del sistema elettrico Sistemi di accumulo Le differenti dimensioni da considerare nell’analisi dei sistemi si accumulo Esigenze per SdA • • • Soggetti regolati (TSO e/o DSO) Operatori (produttori/Consumatori) Operatori dedicati Attori • • • Esigenze di sistema Esigenze di rete Esigenze del produttore e/o consumatore • • Sistemi Power intensive Sistemi Energy intensive Caratteristiche funzionali del SdA 22
  23. 23. Le esigenze applicative che motivano i sistemi di accumulo Esigenze di sistema (globali) Esigenze di rete (trasm/distr.) (locali) • Regolazione di frequenza (riserva primaria, secondaria, terziaria) • Superamento di «colli di bottiglia» locali dovuti alle FER • Incremento della domanda in ore con eccesso di produzione • Regolazione di tensione • Continuità del servizio (livello minimo) • Profilo di scambio tra rete di distribuzione e di trasporto Esigenze dell’operatore (produttore/consumatore) • Arbitraggio sui prezzi dell’energia (Produttore, produttore/consumatore) • Riduzione dei propri sbilanciamenti • Incremento dell’autoconsumo • Continuità/qualità del servizio 23
  24. 24. ESIGENZE [caratteristiche funzionali] Soggetti interessati al sistemi di accumulo TSO DSO gen./cons. Esigenze di sistema (globali) Regolazione di frequenza (riserva primaria, secondaria, terziaria) [Power/Energy] • impiego di SdA dedicati di grossa taglia • ris. sec. e terz. come funz. accessoria di SdA per altri scopi • ris. primaria come funzione accessoria di SdA installati per altri scopi • ris. primaria come funzione accessoria di SdA installati per altri scopi • ris. sec. e terz. con SdA di grossa taglia Incremento della domanda in ore con eccesso di produzione [Energy] • impiego di SdA dedicati di grossa taglia n.a. • impiego di SdA installati per altra esigenza Superamento di «colli di bottiglia» RTN dovuti alle FER [Energy] • impiego di SdA dedicati di grossa taglia in loco n.a. n.a. Superamento di «colli di bottiglia» rete distrib. dovuti alle FER [Energy] n.a. • impiego di SdA dedicati di piccola/media taglia n.a. Regolazione di tensione [Power] • impiego di SdA dedicati in loco • funzione accessoria di SdA installati per altra esigenza n.a. n.a. Esigenze di rete (trasm./distr.) (locali) Continuità/Qualità del servizio [Power/Energy] n.a. • impiego di SdA dedicati in loco Profilo di scambio tra rete di distribuzione e di trasporto [Energy] n.a. • impiego di SdS dedicati in loco • funzione accessoria di SdA installati per altra esigenza Arbitraggio sui prezzi dell’energia [Energy] n.a n.a • impiego di SdA dedicati di grossa taglia Riduzione dei propri sbilanciamenti [Power/Energy] n.a. n.a. • impiego di SdA dedicati di taglia ottimizzata Incremento autoconsumo [Energy] n.a. n.a. 24 • impiego di SdA dedicati di taglia ottimizzata Operatori del mercato
  25. 25. Come affrontare le nuove criticità del sistema elettrico Sistemi di accumulo elettrochimico La scelta italiana • Sistemi di accumulo elettrochimico come parte dell’infrastruttura di rete – Realizzati dal soggetto «regolato» – Pagati come investimenti di rete, tramite le tariffe di rete • Per le esigenze di sistema, i SdA sono stati sviluppati da Terna • Approccio «progetti pilota» - Sperimentare e rendere pubblici i dati della sperimentazione • Rimozione di barriere normative per l’impiego in ambiente domestico e terziario CAVEAT: I sistemi di accumulo oggi sono ancora costosi. Utilizzarli quanto basta (soprattutto se il loro costa va in bolletta) Eseguire una valutazione tecnica/economica comparata con altre soluzioni 25
  26. 26. Conclusioni • Come rendere il nuovo sistema elettrico economicamente sostenibile? • La normativa/regolazione deve seguire l’evoluzione del sistema elettrico • Questioni aperte – L’allocazione degli oneri di sistema (o anche: l’esenzione dagli oneri di sistema) – Responsabilizzare la “nuova generazione elettrica” – Tariffe che riflettono i costi – Promozione dello sviluppo tecnologico – non si deve passare dall’importazione di energia all’importazione di tecnologia! 26
  27. 27. Grazie per l’attenzione! massimo.gallanti@rse-web.it 27

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