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dalla Rete di Trasmissione Nazionale
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I generatori presenti nella rete, quindi, devono “inseguire” ista...
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Modello del generatore
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Ciò implica la presenza di impianti dedicati alla regolazione delle fluttuazion...
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Per programmare la gestione del sistema elettrico è necessario
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Il Centro nazionale di controllo acquisisce,
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Caratteritiche:
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Popolazione prevista per il 2050 dal
PRB tra gli 8 e i 10,5 miliardi
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Popolazione prevista per il 2050 dal
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Popolazione prevista per il 2050 dal
PRB tra gli 8 e i 10,5 miliardi
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Controllo della Virtual power plant
Controllo della Virtual power plant:
Regolazione della tensione
La soluzione? Le smartgrid
GD e consumatori si coalizzano diventando soggetti ‘attivi ed
intelligenti’ utilizzando anche le intelligenze ed I sistemi...
Virtual micro grid (VµµµµG)
Gli utenti si scambiano l’energia in maniera virtuale utilizzando la
rete del distributore
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•Utente di dispacciamento responsabile verso il TSO dei profili di
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•Previsione di produzione e consu...
•Struttura di controllo gerarchica a due livelli
Livello di utente
Smart User Network la rete di utenza è diventata attiva...
Risultato finale
• Modellazione statica e dinamica del sistema
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Unical scenari dei sistemi elettrici in presenza di forte penetrazione di iafr

  1. 1. Scenari dei sistemi elettrici in presenza di forte penetrazione di IAFR Fotovoltaico e Sistemi di Accumulo sfide e opportunità del mercato oltre il Conto Energia 11 Luglio 2013 Università della Calabria Prof. Ing. Daniele Menniti Docente di Sistemi Elettrici per l’Energia presso l’Università degli Studi della Calabria
  2. 2. Modulo 119/07/2013 Le centrali sono connesse alle utenze (o carichi) dalla Rete di Trasmissione Nazionale (RTN o semplicemente Rete di Trasmissione ) Centrali elettriche di produzione Utenze o Carichi Rete elettrica di Trasmissione Nodi di generazione Nodi di carico Rappresentazione schematica di un sistema elettrico (Sistema Elettrico di Potenza) 2 ORGANIZZAZIONE DEL SISTEMA ELETTRICO (CENNI) Architettura tradizionale
  3. 3. Modulo 1 ORGANIZZAZIONE DEL SISTEMA ELETTRICO 19/07/2013 3 Centrali Utenze Rete elettri ca di Trasm issione Nodi di generazi one Nodi di carico Rappresentazione schematica di un sistema elettrico (Sistema Elettrico di Potenza) Corrente Alternata Corrente continua Denominazione comune sistemi di categoria ZERO Vn < 25V Vn < 50V Bassissima tensione sistemi di I categoria 25V<Vn ≤1000V 50V<Vn ≤1000V Bassa Tensione (BT o LV) sistemi di II categoria 1000V < Vn ≤30.000V 1000V < Vn ≤30.000V Media Tensione (MT o MV) sistemi di III categoria Vn >30.000V Vn >30.000V Alta Tensione (AT o HV)
  4. 4. Modulo 1 ORGANIZZAZIONE DEL SISTEMA ELETTRICO 19/07/2013 4 Centrali Utenze Rete elettri ca di Trasm issione Nodi di generazi one Nodi di carico Rappresentazione schematica di un sistema elettrico (Sistema Elettrico di Potenza) Corrente Alternata Corrente continua Denominazione comune sistemi di categoria ZERO Vn < 25V Vn < 50V Bassissima tensione sistemi di I categoria 25V<Vn ≤1000V 50V<Vn ≤1000V Bassa Tensione (BT o LV) sistemi di II categoria 1000V < Vn ≤30.000V 1000V < Vn ≤30.000V Media Tensione (MT o MV) sistemi di III categoria Vn >30.000V Vn >30.000V Alta Tensione (AT o HV)
  5. 5. Modulo 1 ORGANIZZAZIONE DEL SISTEMA ELETTRICO 19/07/2013 5 Centrali Utenze Rete elettri ca di Trasm issione Nodi di generazi one Nodi di carico Rappresentazione schematica di un sistema elettrico (Sistema Elettrico di Potenza) Corrente Alternata Corrente continua Denominazione comune sistemi di categoria ZERO Vn < 25V Vn < 50V Bassissima tensione sistemi di I categoria 25V<Vn ≤1000V 50V<Vn ≤1000V Bassa Tensione (BT o LV) sistemi di II categoria 1000V < Vn ≤30.000V 1000V < Vn ≤30.000V Media Tensione (MT o MV) sistemi di III categoria Vn >30.000V Vn >30.000V Alta Tensione (AT o HV)
  6. 6. Modulo 1 ORGANIZZAZIONE DEL SISTEMA ELETTRICO 19/07/2013 6 Centrali Utenze Rete elettri ca di Trasm issione Nodi di generazi one Nodi di carico Rappresentazione schematica di un sistema elettrico (Sistema Elettrico di Potenza) Corrente Alternata Corrente continua Denominazione comune sistemi di categoria ZERO Vn < 25V Vn < 50V Bassissima tensione sistemi di I categoria 25V<Vn ≤1000V 50V<Vn ≤1000V Bassa Tensione (BT o LV) sistemi di II categoria 1000V < Vn ≤30.000V 1000V < Vn ≤30.000V Media Tensione (MT o MV) sistemi di III categoria Vn >30.000V Vn >30.000V Alta Tensione (AT o HV)
  7. 7. Modulo 1 ORGANIZZAZIONE DEL SISTEMA ELETTRICO 19/07/2013 Dinamica della potenza richiesta dai carichi allacciati alla RTN Nella sono riportati il diagramma della potenza totale richiesta dalle utenze connesse alla rete italiana in un particolare giorno dell’anno (13 luglio 2011). Come è possibile rilevare si osserva subito, come del resto in quasi tutte le reti nazionali, forti scarti fra i valori delle potenze massime, minime e medie. 7
  8. 8. Modulo 1 ORGANIZZAZIONE DEL SISTEMA ELETTRICO 19/07/2013 I generatori presenti nella rete, quindi, devono “inseguire” istante per istante la curva della potenza richiesta dai carichi nella rete in modo tale che in ogni istante la potenza immessa dai generatori, uguagli quella assorbita dai carichi (più le perdite nella rete) e ogni eventuale sbilancio, a qualunque causa esso sia dovuto, deve essere rapidamente azzerato mediante l’intervento di appropriate regolazioni. 8 Dinamica della potenza richiesta dai carichi allacciati alla RTN
  9. 9. Modulo 119/07/2013 9 REGOLAZIONE FREQUENZA POTENZA
  10. 10. Modulo 1 Modello del generatore 19/07/2013 Ciò implica la presenza di impianti dedicati alla regolazione delle fluttuazioni della potenza richiesta dai carichi capaci di inseguire le richieste dei carichi con diversi livelli di velocità. 10
  11. 11. Modulo 1 ORGANIZZAZIONE DEL SISTEMA ELETTRICO 19/07/2013 Dinamica della potenza richiesta dai carichi allacciati alla RTN L'equilibrio tra la potenza generata e quella assorbita, che è elemento essenziale per la cosiddetta continuità del servizio, può essere difficile per il fatto che: 1. il diagramma di carico dell'utenza varia nell'arco del giorno, della settimana, del mese, dell'anno, 2. perché il diagramma di carico dipende, parzialmente, da eventi imprevedibili (quali, ad esempio, cause meteorologiche), 3. per motivi di varia natura, possono avvenire nel sistema degli incidenti, ad esempio la suddivisione della rete in due parti, una con un deficit, l'altra con un surplus di potenza generata. In tutto ciò, per affrontare situazioni di emergenza, è necessario disporre di necessarie riserve, provvedere alla manutenzione ordinaria e straordinaria delle centrali, coordinare comunque l'esercizio delle varie centrali nella maniera economicamente più vantaggiosa nel rispettando dei diritti dei vari attori che partecipano al libero mercato dell’energia. 11
  12. 12. Modulo 1 ORGANIZZAZIONE DEL SISTEMA ELETTRICO 19/07/2013 I mezzi di produzione dell’energia elettrica L'insieme dei mezzi di produzione, denominato centrali elettriche, nei quali avviene la trasformazione delle varie fonti naturali di energia in energia elettrica, è di varia natura e può comprendere: • centrali idroelettriche, che possono essere: • ad acqua fluente (lungo i fiumi), • a serbatoio per regolazione giornaliera e settimanale (serbatoi a bassa capacità di accumulo d'acqua), • a serbatoio per regolazione stagionale e annuale (serbatoi ad alta capacità di accumulo d'acqua), • di pompaggio, composte da gruppi turbina-pompa-generatore, situati tra due serbatoi di accumulo d'acqua; • centrali termoelettriche a vapore con combustibile tradizionale (olio combustibile, carbone..); • centrali geotermoelettriche, che sfruttano l'energia termica di soffioni boraciferi ad elevata temperatura; • centrali con turbine a gas; • centrali termonucleari; • centrali alimentate a fonti rinnovabili diverse da quella idraulica (centrali a biomassa, solari termodinamiche, fotovoltaiche, eoliche ecc.). 12
  13. 13. Modulo 1 Per programmare la gestione del sistema elettrico è necessario ricorrere ad un approccio statistico al fine di poter prevedere con un certo anticipo la richiesta di potenza elettrica da parte delle utenze allacciate alla rete. 19/07/2013 13Prof. D. Menniti PROGRAMMAZIONE E GESTIONE E CONTROLLO ORGANIZZAZIONE DEL SISTEMA ELETTRICO La gestione e il controllo in tempo reale di un sistema elettrico quale quello italiano, interconnesso con quello europeo, viene svolta attraverso un apposito centro nazionale di controllo. In Italia, attualmente il centro nazionale di controllo è gestito da Terna S.p.a., denominato Transmission System Operator (TSO)
  14. 14. Modulo 1 Il Centro nazionale di controllo acquisisce, istante per istante, tutti i dati relativi allo stato del sistema elettrico e, in base alle esigenze del momento, mette in atto le opportune azioni correttive. 19/07/2013 14Prof. D. Menniti PROGRAMMAZIONE E GESTIONE E CONTROLLO ORGANIZZAZIONE DEL SISTEMA ELETTRICO I compiti fondamentali del Centro nazionale di controllo si svolgono in diverse fasi: 1. programmazione 2. Gestione e controllo 3. Analisi di esercizio Programmazione Gestione e Controllo
  15. 15. Obiettivo: controllare le potenze attive di generazione in ciascuna area per mantenere lo scambio di potenza tra aree e la frequenza vicino ai loro valori nominali Problema del controllo frequenza potenza multiarea FACTS
  16. 16. Caratteritiche: le aree sono in competizione per motivi economici ciascuna area progetta i propri controllori Problema L’architettura di controllo è totalmente decentralizzata ma il coordinamento è necessario ma nello stesso tempo l’autorità centrale deve assicurare una prestazione dinamica accettabile dell’intero sistema minimizzare le interferenze con le decisioni delle aree Problema del controllo frequenza potenza multiarea
  17. 17. Modulo 119/07/2013 17Prof. D. Menniti ORGANIZZAZIONE DEL SISTEMA ELETTRICO
  18. 18. 19/07/2013 Prof. D. Menniti 18
  19. 19. Giovanna Menniti19/07/2013 Prof. D. Menniti 19
  20. 20. 19/07/2013 Prof. D. Menniti 20
  21. 21. Popolazione prevista per il 2050 dal PRB tra gli 8 e i 10,5 miliardi Picco massimo produzione Petrolio intorno al 2010 Picco massimo produzione Gas intorno al 2020/2050 1. GENERAZIONE 2. TRASMISSIONE 3. DISTRIBUZIONE 19/07/2013 Prof. D. Menniti 21
  22. 22. Popolazione prevista per il 2050 dal PRB tra gli 8 e i 10,5 miliardi Picco massimo produzione Petrolio intorno al 2010 La GD e i sistemi di accumulo + CENTRO di CONTROLLO Mercato Libero Rete di grandi dimensioni 19/07/2013 Prof. D. Menniti 22
  23. 23. Popolazione prevista per il 2050 dal PRB tra gli 8 e i 10,5 miliardi 1. GENERAZIONE 2. TRASMISSIONE 3. DISTRIBUZIONE 19/07/2013 Prof. D. Menniti 23
  24. 24. Popolazione prevista per il 2050 dal PRB tra gli 8 e i 10,5 miliardi Picco massimo produzione Petrolio intorno al 2010 Picco massimo produzione Gas intorno al 2020/2050 Le Smart Grids Giovanna Menniti19/07/2013 Prof. D. Menniti 24
  25. 25. La rete di distribuzione Tradizionalmente flussi unidirezionali Centrali Utenze Rete elettric a di Trasmi ssione Nodi di generazion e Nodi di carico Rappresentazione schematica di un sistema elettrico (Sistema Elettrico di Potenza)
  26. 26. La rete di distribuzione Centrali Utenze Rete elettric a di Trasmi ssione Nodi di generazion e Nodi di carico Rappresentazione schematica di un sistema elettrico (Sistema Elettrico di Potenza)
  27. 27. La rete di distribuzione Tradizionalmente flussi unidirezionali Centrali Utenze Rete elettric a di Trasmi ssione Nodi di generazion e Nodi di carico Rappresentazione schematica di un sistema elettrico (Sistema Elettrico di Potenza)
  28. 28. La rete di distribuzione Attualmente Flussi Bidirezionali Centrali Utenze Rete elettric a di Trasmi ssione Nodi di generazion e Nodi di carico Rappresentazione schematica di un sistema elettrico (Sistema Elettrico di Potenza)
  29. 29. La rete di distribuzione Attualmente Flussi Bidirezionali Centrali Utenze Rete elettric a di Trasmi ssione Nodi di generazion e Nodi di carico Rappresentazione schematica di un sistema elettrico (Sistema Elettrico di Potenza)
  30. 30. Generazione distribuita: alcune definizioni Impianto di Rete per la Connessione Punto di connessione DG DDI DDG DG N.A. Impianto per la Connessione InterruttoreG G G G G G CPai trasf. AT/MT 52-252-1 MicroGrid (µµµµG)
  31. 31. Generazione distribuita: alcune definizioni
  32. 32. Perché la GD complica la gestione delle reti elettriche? • La rete di distribuzione non è stata progettata per raccogliere energia della GD (energia ‘dal basso verso l’alto’) • 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) problemi per SPI a livello di singola linea MT  problemi per SPI e profilo di tensione • 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
  33. 33. Funzionamento in isola G G G G G G CPai trasf. AT/MT 52-252-1 Intervento delle protezioni
  34. 34. Virtual power plant Si pongono nella µµµµGrid gli stessi problemi della gestione del sistema di potenza
  35. 35. Controllo della Virtual power plant
  36. 36. Controllo della Virtual power plant: Regolazione della tensione
  37. 37. La soluzione? Le smartgrid
  38. 38. GD e consumatori si coalizzano diventando soggetti ‘attivi ed intelligenti’ utilizzando anche le intelligenze ed I sistemi di comunicazione a supporto delle smartgrid. Esiste un ‘coordinatore’ che utilizzando le tecnologie di smartgrid è in grado di far agire direttamente produtttore GD con il consumatore scambiandosi l’energia all’interno della coalizione con indubbi vantaggi economici/energetici per la coalizione diventando di fatti un operatore di mercato accanto al DSO e TSO. Un nuova visione
  39. 39. Virtual micro grid (VµµµµG) Gli utenti si scambiano l’energia in maniera virtuale utilizzando la rete del distributore Coordina tore
  40. 40. •Utente di dispacciamento responsabile verso il TSO dei profili di immissione e prelievo •Previsione di produzione e consumo •Vendere all’interno della coalizione l’energia prodotta secondo meccanismi competitivi in modo da massimizzare l’utile della coalizione •Acquistare/vendere I residui di energia sul mercato •Implementarie programmi di demand response •Dotarsi di sistemi di accumulo Virtual micro grid (VµµµµG)
  41. 41. •Struttura di controllo gerarchica a due livelli Livello di utente Smart User Network la rete di utenza è diventata attiva a causa della presenza di sistemi di produzione di energia sia elettrica che termica la sua gestione intelligente nel rimodulare I profili di carico in funzione della produzione e dei costi dell’energia interagendo con la rete di distribuzione è un fattore cruciale (progetto PON Smartcities-RESNOVAE) Livello aggregatore Energy district manager si preoccupa di approvviggionare al minimo prezzo I membri della coalizione e gestisce la coalizione per raggiungere la massima utilità collettiva (progetto PON - µµµµPERLA) Virtual micro grid (VµµµµG)
  42. 42. Risultato finale • Modellazione statica e dinamica del sistema elettrico quale sistema complesso per antonomasia • Coordinamento e controllo della generazione e relativi sistemi di interfaccia con la rete di distribuzione in ambiente smartgrid

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