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Previsione del carico
– Quando si parla di previsione del carico si intende il fabbisogno
futuro di energia (e di potenza) dell’utenza finale.
– Il fabbisogno futuro è funzione dello spazio, è funzione, cioè,
dell’area geografica considerata.
– Il fabbisogno futuro è funzione del tempo: per una assegnata area
geografica si identificano orizzonti temporali di:
– Lungo termine (da 1 – 3 anni fino a 10 anni)
– Medio termine (da un giorno – una settimana ad un anno)
– Breve termine (un giorno – una settimana)
Previsione del carico
– La previsione del carico serve a sviluppare correttamente le
funzioni di:
– Pianificazione (pianificare un sistema significa prevedere con un
consistente anticipo quali potranno essere le sue necessità future al
fine di predisporre adeguatamente gli impianti necessari e
sufficienti a soddisfare tali necessità)
– Esercizio (esercire un sistema significa far funzionare gli impianti
esistenti in maniera ottimale con l’obiettivo di ottenere il servizio
per il quale il sistema stesso è stato realizzato)
Previsione del carico
– Si deve prevedere l’evoluzione della richiesta del carico perché:
– L’energia elettrica non può essere immagazzinata in forma diretta e deve
essere prodotta nel momento in cui viene richiesta
– La domanda dipende dalle attività umane e varia nel tempo con cicli che
sono giornalieri, settimanali, stagionali
– La produzione è funzione sia della disponibilità dei gruppi (manutenzione
programmata e non, disponibilità di acqua, ecc.) sia dalle loro
caratteristiche tecniche (tempi e modalità di avviamento, rampe, ecc.)
– La previsione deve essere fatta con obiettivi temporali diversi
(giornalieri, settimanali, annuali, ecc.)
Previsione del carico
– Fabbisogno = consumi + perdite
– Consumi: energia elettrica misurata nel punto di consegna commerciale e
convertita per gli usi finali (alimentazione di macchine operatrici, trazione,
illuminazione, climatizzazione, ecc.)
– Perdite: perdite interne al sistema nell’ambito dei “confini” all’interno dei
quali si valuta il fabbisogno; per un sistema di distribuzione i “confini”
sono rappresentati della sbarre in MT delle stazioni di trasformazione
AT/MT
– Fabbisogno netto = fabbisogno di un sistema alle sbarre AT delle
centrali e dei sistemi di interconnessione
– Fabbisogno lordo = fabbisogno netto + energia elettrica per
pompaggi, servizi ausiliari e perdite di centrale
Previsione del carico
– Fabbisogno di energia primaria: energia primaria necessaria ad
ottenere il fabbisogno lordo di energia elettrica richiesta dal
sistema.
– L’energia elettrica fa in generale parte del bilancio complessivo
dell’energia e contribuisce quindi alla definizione di indicatori
relativi ai consumi di energia primaria di ciascun Paese.
Energia richiesta nel tempo
– L’energia richiesta in un intervallo unitario (tipicamente un anno)
in un sistema elettrico sufficientemente esteso si può scrivere
nella forma
W  W0  (1  iw )
– W0 = energia richiesta all’inizio del periodo T
– W = energia richiesta alla fine del periodo T
– Iw = tasso di incremento nel periodo T
T
Energia richiesta nel tempo
– La curva che si ottiene si chiama curva tendenziale; i valori di
W0 e di iw si ottengono per estrapolazione da serie storiche dei
consumi
curva tendenziale
8
7
consumi
6
5
4
3
2
1
0
0
5
10
anni
15
20
Energia richiesta nel tempo
– Analiticamente si può giungere allo stesso risultato partendo
dall’ipotesi che l’incremento medio di W nell’unità di tempo sia
costante e cioé
dW
W a
dt
dW
 a  dt
W
W  e e
h
aT
– Ed avendo posto W = W0 per T = 0
W  W0  e
aT
ln W  a  T  h
Energia richiesta nel tempo
– Se si pone
e  (1  iw )
a
– Si ottiene
a  ln( 1  iw )
– E se iw è abbastanza piccolo
a  iw
Energia richiesta nel tempo
– Partendo invece dall’ipotesi che l’incremento medio di W
nell’unità di tempo diminuisca linearmente con l’energia W si
ottiene la funzione logistica
dW
W  a  b W
dt
dW
 b  dt
a
W ( W )
b
1
b 1
1
 ( 
)
a
a
a
W
W ( W )
W
b
b
b 1
1
dW   ( 
)  b  dT
a
a W
W
b
Energia richiesta nel tempo
– Semplificando e ponendo
a
k
b
dW
dW

 a  dT
W
k W
– che integrata
ln W  ln( k  W )  ln
W
 e h  e aT
k W
– dove
C  eh
W
 a T  h
k W
k
W 
1  C  e  aT
Energia richiesta nel tempo
– La curva che si ottiene si chiama curva logistica; le costanti k e C
si ottengono rispettivamente per T uguale a 0 e tendente a 
curva logistica
3,5
3
consumi
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0
10
20
anni
30
40
Previsione del carico
– Esiste un legame molto stretto che intercorre tra lo sviluppo del
consumo di energia elettrica e lo sviluppo dell’economia;
assumendo in particolare come indice economico il PIL dalle
serie storiche dei valori si ottiene un legame del tipo
W  k  Pa
– E’ possibile dimostrare che a (fattore di elasticità) assume la
seguente forma
dW
iw
W
a

dP
iP
P
Previsione mediante intensità
elettrica
– Una diversa tecnica per la determinazione dello sviluppo della
domanda si basa sulla definizione funzionale del comportamente
delle diverse componenti del carico.
– In particolare la previsione deve essere effettuata per settori, ed
in particolare:
– Domestico
– Industria e agricoltura
Previsione mediante intensità
elettrica
– Per il settore domestico la stima dovrà considerare:
– Piani regolatori
– Numero di abitazioni occupate
– Numero di persone per abitazione
– Numero, tipologia e consumo degli apparecchi elettrodomestici
– Diffusione e relativa evoluzione dei diversi apparecchi elettrodomestici
– Tipo di illuminazione e relativo consumo medio per abitazione occupata
Previsione mediante intensità
elettrica
– Per il settore dell’agricoltura e industria viene definita, per
ciascuno dei setto-settori coinvolti (agricoltura; industria:
metallurgica, chimica, cartaria, meccanica, alimentare, tessile,
ecc.) l’intensità elettrica intesa come rapporto tra la quantità di
energia elettrica consumata ed il relativo valore aggiunto
(naturalmente per ciascun sotto-settore).
– Dall’analisi delle serie storiche si può osservare che, a parte
alcune eccezioni, l’intensità elettrica si mantiene relativamente
costante nel tempo; ciò permette quindi di effettuare una
previsione della domanda partendo dalla stima di un parametro
economico.
Modello settimanale e modello mensile
– Le tecniche di previsione della domanda prima descritte danno
indicazioni sulla evoluzione della domanda su tempi lunghi; è
necessario quindi definire opportuni modelli anche per tempi più
brevi.
– Poiché le attività umane hanno ciclicità note ed in particolare una
ciclicità giornaliera ed una stagionale, verranno definiti i seguenti
modelli:
– Modello del carico settimanale
– Modello del carico mensile
Modello settimanale
– Il modello settimanale del carico si basa sulla osservazione della
sostanziale costanza del rapporto tra l’energia richiesta in ciascun
giorno della settimana ed un giorno di riferimento della settimana
stessa, generalmente il mercoledì, indipendentemente dalla
stagione.
fattori giornalieri
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
lun
mar
mer
gio
ven
sab
dom
Modello settimanale
– Attribuendo ai diversi giorni della settimana il relativo peso è
possibile calcolare il numero di giorni lavorativi equivalenti nl,j di
ciascun mese ed il numero medio mensile di giorni lavorativi
equivalenti nl:
12
nl 
n
j 1
l, j
12
– E’ poi possibile calcolare il consumo mensile per giorno
lavorativo equivalente Wl,j
Wl , j 
Wm , j
nl , j
Modello settimanale
– Moltiplicando Wl,j per nl si ottiene il consumo mensile
decalendarizzato
W ' m ,l
nl
 Wl , j  nl  Wm, j 
nl , j
– Coefficiente di decalendarizzazione è il rapporto
hl , j 
nl , j
nl
Modello mensile
– Il modello mensile del carico si basa sulla osservazione della
sostanziale costanza negli anni del rapporto tra il consumo
mensile per giorno lavorativo equivalente Wl,j e la rispettiva
media mobile in ciascun mese dell’anno: fattori di stagionalità Sj.
fattori di stagionalità
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
gen
feb mar apr mag giu
lug
ago set
ott
nov
dic
Modello mensile
– Consumo mensile per giorno lavorativo equivalente Wl,j e media
mobile associata in ciascun mese dell’anno.
media mobile
1,2
1,1
1
0,9
0,8
0,7
gen
feb
mar
apr
mag
giu
lug
ago
set
ott
nov
dic
Modello mensile
– Dividendo il consumo mensile decalendarizzato W’m,j per Sj si
ottiene il consumo mensile decalendarizzato e destagionalizzato
Wm , j ,T 
W 'm , j
Sj

Wm , j
S j  kl , j
– Da cui si possono stimare trend e componenti cicliche
Carico: andamento giornaliero
- La richiesta di potenza nel giorno è del tipo
(18/06/02:
Italia-Corea)
Diagrammi orari 3° mercoledì - 2003
Diagrammi orari 3° mercoledì - 2003
Diagrammi orari 3° mercoledì - 2003
Diagrammi orari 3° mercoledì - 2003
Carico: andamento stagionale
- La richiesta di potenza durante l’anno è del tipo (2001):
Parametri del carico
– PM = valore massimo di potenza
– Valore medio della potenza
1 T
W
P    P(t )  dt 
T 0
T
– Fattore di carico fc
P
W
fc 

PM T  PM
– Ore di utilizzazione hu
W
hu 
PM
W  PM  hu  P  T
Parametri del carico
– Se si assumono come grandezze base la PM e il periodo T si
ottiene che il valore base dell’energia W è Wb = PM T; si
ottengono quindi le seguenti relazioni in p.u.
P* 
W*
W*
T*
P
fc 
 P*  W *
PM
*
W
hu*  *  W *
PM
1
PM
1
1
fp 



*
fc
P
P
W*
Struttura di un sistema elettrico
per l’energia
Caratteristiche peculiari:
- grande estensione;
- stretta integrazione;
- impossibilità di accumulo di energia elettrica in forma
diretta.
Conseguenze (valide a livello europeo):
- elevato coordinamento tra produzione e carico;
- necessità di una gestione coordinata.
Specifiche di base
- Sistema trifase
- Tensione costante (valore efficace)
- Frequenza costante (rete sincrona a 50 Hz) ed uguale
in tutta l’Europa Occidentale
Caratteristiche particolari
- Distanza tra centri di produzione e centri di carico,
- Necessità di trasportare potenza attiva.
- Necessità di trasportare potenza reattiva(1).
- Impossibilità di trasferire potenza lungo un percorso
assegnato.
Vettore di Poynting
Funzioni di un sistema elettrico
- Produzione
- Trasmissione
- Distribuzione
Trasmissione e subtrasmissione
- Caratteristiche delle reti di trasmissione:
- Tensione 380 e 220 kV
- Stazioni di trasformazione 380-220/150-132 kV
- Struttura magliata
- Raggio d’azione inter-regionale o regionale
- Caratteristiche delle reti di subtrasmissione:
- Tensione 132 e 150 kV
- Stazioni di trasformazione 150-132/10-15-20 kV
- Struttura magliata
- Raggio d’azione provinciale (1 MW/km2) o comunale (10
MW/km2)
Distribuzione
- Caratteristiche delle reti di distribuzione in MT:
- Tensione 10, 15 e 20 kV
- Stazioni di trasformazione AT/MT 150-132/10-15-20 kV
- Struttura radiale
- Raggio d’azione da 1 a 30 km
- Caratteristiche delle reti di distribuzione in BT:
- Tensione 380 V
- Cabine di trasformazione MT/BT 10-15-20/0.380 kV
- Struttura radiale
- Raggio d’azione da 0.1 a 1 km