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SmartGen: metodi e strumentiinnovativi per la gestione di reti di       distribuzione attive           Stefano Massucco   ...
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Adozione standard CIM• Gruppo di profili CIM adottati in SmartGen   – CIM v14 ENTSO-E 2009 (disponibile)   – CIM v15 ENTSO...
Ottimizzazione multilivello dell’esercizioA. Borghetti, S. Grillo, S. Massucco, A. Morini, C.A. Nucci,M. Paolone, F. Silve...
Attività in fase di finalizzazione - 3Identificazione siti sperimentali:    – Accessibilità e controllabilità    – Vantagg...
Area Sperimentale di Livorno (ENEL IIN)•   Area di proprietà di ENEL INGEGNERIA e INNOVAZIONE•   Rete interna d’utenza MT ...
Rete Distribuzione Sanremo AMAIE•   La porzione di rete elettrica di distribuzione di Sanremo gestita da AMAIE S.p.A. si  ...
VPP Ateneo GenoveseMicrogrid presso una dellecabine MT/BT (DARSENA)• Impianto FV da 20 kWp   – Progetto con modulo     mon...
Monitoraggio in tempo reale del carico elettrico                                        Localizzazione monitoraggio       ...
Conclusioni• SmartGen intende fornire e tecnologie abilitanti per  le reti di distribuzione attive   – Generazione / Gesti...
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 am...
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  1. 1. SmartGen: metodi e strumentiinnovativi per la gestione di reti di distribuzione attive Stefano Massucco Università di Genova stefano.massucco@unige.it
  2. 2. 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
  3. 3. 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
  4. 4. 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
  5. 5. 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”.
  6. 6. 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.
  7. 7. 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
  8. 8. 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
  9. 9. 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
  10. 10. 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
  11. 11. 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
  12. 12. 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
  13. 13. 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
  14. 14. 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
  15. 15. 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
  16. 16. 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
  17. 17. 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
  18. 18. 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
  19. 19. 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
  20. 20. 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
  21. 21. 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
  22. 22. 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
  23. 23. 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
  24. 24. 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
  25. 25. 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
  26. 26. 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
  27. 27. 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
  28. 28. Monitoraggio in tempo reale del carico elettrico Localizzazione monitoraggio Sensore sui 19 punti MT/BT 28
  29. 29. 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
  30. 30. Cos’è una smart cityCosa è una smart grid per una smart city?è il cosiddetto «enabling factor»
  31. 31. 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

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