Smart grid: le prospettive in Italia e
il ruolo dell’accumulo
Maurizio Delfanti
Politecnico di Milano - Dipartimento di Energia
Outline
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• Situazione attuale in Italia e in Europa:
problemi di gestione delle reti di distribuzione
• Evoluzioni future:
verso le smart grid
• Esperimenti in corso:
la Delibera ARG/elt 39/10: il ruolo dell’accumulo
• Sistemi di Accumulo dell'energia:
tipologie di utilizzo e opportunità per il sistema
M. Delfanti, Milano, 11/07/2011
Situazione attuale delle reti e
prospettive di evoluzione
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• Sviluppo iniziale dei sistemi elettrici basato su forme di generazione
centralizzata: energia elettrica prodotta in impianti di grande potenza
unitaria (centrali elettriche, reti di trasmissione)
• Sfruttamento di fonti energetiche rinnovabili (FER) diffuse sul territorio
reso necessario dalla crescente attenzione per le problematiche
ambientali (obiettivi EU al 2020)
• La Generazione Diffusa (GD): si interfaccia con la rete di distribuzione,
in media tensione (MT) o in bassa tensione (BT)
• Le attuali modalità di protezione, controllo, gestione della rete di
distribuzione MT/BT non sono più adeguate: serve una vera e propria
RIVOLUZIONE CONCETTUALE
• Far evolvere le reti di
sfruttamento reale delle FER
distribuzione è l’unica
SMART GRID
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via
per
lo
Il contesto europeo e
quello italiano: T&D
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In Europa: reti di T&D sviluppate (mediamente) meglio che nel resto del
mondo, compresi gli USA
In Italia: reti di T&D sviluppate meglio che nel resto d’Europa
(come in Francia)
La rete AT italiana è già SMART (ENEL, poi GRTN/TERNA)
La rete MT italiana è tra le più SMART d’Europa!
• Smart Metering: altrove (EU) si sperimenta, in Italia
33 milioni di contatori intelligenti in campo
• Automazione (con ICT, pur ridotto): in IT 100000 nodi di
rete MT automatizzati
È
importante
valutare
tecnologiche e regolatorie
quali
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sono
però
le
barriere
Outline
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• Situazione attuale in Italia e in Europa:
problemi di gestione delle reti di distribuzione
• Evoluzioni future:
verso le smart grid
• Esperimenti in corso:
la Delibera ARG/elt 39/10: il ruolo dell’accumulo
• Sistemi di Accumulo dell'energia:
tipologie di utilizzo e opportunità per il sistema
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SMART GRID:
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a basket with many balls (Carnegie Mellon University)
•
The 'smart grid' is commonly presented as an indispensable
part of the future power system.
•
It is claimed that a true liberalized electricity market with a high
penetration of distributed generation will only be able to supply
a high degree of power reliability if grids are made smart.
•
But what exactly is a 'smart grid'? A smart grid is neither a
clearly defined single concept nor a single technology.
•
It is like a basket containing various combinations of balls:
the context and the interpretation depend upon the user.
•
Some of them represent innovations that are still in the
development phase…
…while others stand for technologies which have already been
applied for years.
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Generazione Diffusa:
l’impatto prospettico sulle reti
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Data
€
ICT
New protections
Negligible impact
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DG penetration [%]
Inversione di flusso:
criticità legate alle protezioni
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Inversione di flusso: la potenza attiva fluisce dalla rete MT verso la rete AT
…
…
…
…
Criticità
legate
alle
protezioni
e
all’automazione
di
rete
hanno
crescente incidenza sulle reti (e sulle linee) in cui il flusso di potenza, per
almeno una data percentuale delle ore annue di funzionamento, si inverta.
• A livello di interfaccia AT/MT (CP):
• A livello di singola linea MT:
possibile degrado delle prestazioni
per gli utenti sottesi all’intera CP
possibile degrado delle prestazioni per
gli utenti sottesi alla specifica linea MT
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Come si comporta oggi la GD:
fit & forget, Sistema di Protezione di Interfaccia
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I generatori connessi alla rete MT/BT sono dotati di un dispositivo che
disconnette l’impianto in caso di problemi sulla rete, comandato dal SPI.
Il Sistema di Protezione di Interfaccia (SPI): è un relé che dispone
esclusivamente di informazioni di tipo locale.
diversi utenti sono soggetti a scatti intempestivi del SPI
per quanto sensibili siano le regolazioni, il SPI non può distaccare
la GD se Pc~Pg
in emergenza RTN la GD viene distaccata, aggravando il fenomeno:
blackout 2006: persi 2000 MW di GD in rete
quanta GD in rete al 2020 siamo disposti a perdere?
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Le nuove regole tecniche di connessione alle reti:
la GD riceve segnali dal DSO
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Le RTC per reti MT (Norma CEI 0-16; Del. ARG/elt 119/08) hanno
introdotto per la prima volta lo scambio di segnali tra DSO e Unità di GD
La Norma BT in corso di elaborazione (CEI 0-21) e in vigore dal 2012
prevede:
•
novità per il SPI
comando di telescatto
capacità di ricevere segnali su protocollo serie CEI EN 61850
•
richieste alla GD di “servizi di regolazione” per la rete
regolazione locale di tensione
limitazione di potenza attiva erogata
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Smart grid e utenti attivi:
il DM 5 maggio 2011 (IV Conto Energia)
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• Situazione attuale in Italia e in Europa:
problemi di gestione delle reti di distribuzione
• Evoluzioni future:
verso le smart grid
• Esperimenti in corso:
la Delibera ARG/elt 39/10: il ruolo dell’accumulo
• Sistemi di Accumulo dell'energia:
tipologie di utilizzo e opportunità per il sistema
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I progetti pilota Del. 39/10:
evoluzione proposta
•
Incremento dell’affidabilità del SPI
•
Regolazione della tensione MT (mediante le Unità GD)
•
Limitazione/modulazione in emergenza della potenza attiva
•
Monitoraggio/controllo delle iniezioni da GD verso TERNA
•
Funzionamento attivo del lato AT della CP
•
Gestione ottimizzata dei profili di carico e generazione mediante
sistemi di storage
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Smart grids:
i primi progetti pilota in Italia (Del. 39/10)
Pos.ne
in class.
Rete interessata
(CP)
Impresa di
distribuzione
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Punteggio
tecnico
1
A2A ‐ CP Lambrate (MI)
A2A Reti Elettriche S.p.A.
65
2
ASM Terni (TR)
ASM Terni S.p.A.
68
3
A2A ‐ CP Gavardo (BS)
A2A Reti Elettriche S.p.A.
65
4
ACEA Distr. (Roma)
Acea Distribuzione S.p.A
71
5
ASSM – CP Tolentino (MC)
Assm S.p.A.
66
6
ENEL Distr. ‐ CP Carpinone (IS)
ENEL Distribuzione S.p.A.
96
7
Deval ‐ CP Villeneuve (AO)
Deval S.p.A.
68
8
A.S.SE.M. – CP S. Severino Marche (MC) A.S.SE.M. S.p.A
64
•
Il progetto di ENEL Distribuzione è l’unico a prevedere un sistema di
accumulo (associato a ricarica veicoli elettrici e generazione fotovoltaica):
ha conseguito il maggior punteggio tecnico (96/100)
•
Il Politecnico di Milano - Dipartimento di Energia – ha svolto la funzione di
advisor per sei delle otto iniziative selezionate.
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Smart Grid:
sistemi di comunicazione e segnali da scambiare
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Sistemi di comunicazione
• Rete internet: non necessita di supporti dedicati ed è già diffusa sul territorio
• Reti Wi-Fi e Wi-Max: supporti dedicati, bande libere o proprietarie
• Sistema PLC: già utilizzato sulla RTN
• Fibra ottica: nuovi sviluppi rete, non utilizzabile nel breve su reti esistenti
Segnali da scambiare tra CP e GD e tempistiche
• INTERTRIP: comando di scatto del SPI inviato dal relè in CP al SPI
della GD a seguito di comando di apertura del relè in CP (centinaia di ms)
• KEEP ALIVE: senza rete ICT il SPI restringe le soglie di intervento (1 s)
• REG V: modulazione della potenza reattiva (decine di secondi)
• LIMITAZIONE P: modulazione della potenza attiva (minuti)
• Altre applicazioni smart (pricing, ecc) …
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Sviluppo delle Smart grid:
il Dlgs 28/11
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Art. 18
(Interventi per lo sviluppo della rete di distribuzione)
1. Ai distributori di energia elettrica che effettuano interventi di ammodernamento
secondo i concetti di smart grid spetta una maggiorazione della remunerazione
del capitale investito per il servizio di distribuzione, limitatamente ai predetti interventi.
I suddetti interventi consistono prioritariamente in sistemi per il controllo, la regolazione
e la gestione di carichi e produzioni, ivi inclusi i sistemi di ricarica di auto elettriche.
2. L’Autorità per l’energia elettrica e il gas provvede alla definizione delle caratteristiche
degli interventi … e assicura che il trattamento previsto tenga conto dei seguenti criteri:
a) indicazioni delle Regioni territorialmente interessate agli interventi;
b) dimensione del progetto di investimento (utenze attive coinvolte, sistemi di stoccaggio
ed effetti sull'efficacia ai fini del ritiro integrale dell'energia da GD e fonti rinnovabili);
c) grado di innovazione del progetto, in termini di capacità di aggregazione delle produzion
distribuite finalizzata alla regolazione di tensione e all’uniformità del diagramma di
produzione, di impiego di sistemi avanzati di comunicazione, controllo e gestione;
d) rapidità di esecuzione ed entrata in esercizio delle opere.
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• Situazione attuale in Italia e in Europa:
problemi di gestione delle reti di distribuzione
• Evoluzioni future:
verso le smart grid
• Esperimenti in corso:
i progetti Smart Grid (Del. ARG/elt 39/10)
• Sistemi di Accumulo dell'energia:
tipologie di utilizzo e opportunità per il sistema
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Del. ARG/elt 39/10 – Det. n. 7/11
Sistemi di Accumulo dell'energia elettrica
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Tra i benefici attesi dall'implementazione dei progetti dimostrativi:
Previsione di un sistema di storage in particolare in
combinazione con fonti rinnovabili intermittenti o con
installazioni di ricarica, anche bidirezionale, di veicoli elettrici,
o un sistema di controllo congiunto di produzione da fonti rinnovabili e
di produzione tradizionale o di carichi tale da assicurare un profilo
netto di immissione regolare e prevedibile.
Elementi qualificanti:
• integrati con fonti rinnovabili non programmabili;
• integrati con stazioni di ricarica di veicoli elettrici;
• integrati con meccanismi di partecipazione al mercato dei servizi di
dispacciamento.
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Sistemi di Accumulo dell'energia elettrica
Possibilità di impiego
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I SdA possono favorire l’integrazione delle risorse di carico/generazione
presenti sulle reti di distribuzione/trasmissione nel sistema elettrico:
A. aumentare
la
prevedibilità
di
ciascuna
unità
di
(p.e., impianto FV + SdA in MT/BT detenuto dal Produttore);
GD
B. aumentare la Hosting Capacity delle reti di distribuzione
(p.e., SdA in MT detenuto dal DSO lungo linea o in Cabina primaria);
C. aumentare la Hosting Capacity del sistema elettrico nazionale
(p.e., SdA in AT/MT detenuto dal TSO/DSO).
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A. Sistemi di Accumulo per l'incremento della
prevedibilità della GD
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Se accoppiato alla GD, un SdA può compensare, nel tempo reale,
lo scostamento del profilo di immissione della GD da quello previsto.
D.M. 6 agosto 2010 (Conto Energia 2011-2013):
incentivazione dei "sistemi con profilo di scambio prevedibile"
errore di previsione (effettuata il giorno prima) limitato entro il
10% della produzione prevista per il GFV per 300 giorni all’anno.
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B. Sistemi di Accumulo per l’incremento della
Hosting Capacity delle reti di distribuzione
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Se la GD è superiore alla HC del nodo di connessione il DSO è obbligato a
introdurre interventi strutturali in rete:
impatto sulle tempistiche per l’accoglimento delle richieste di connessione
In prospettiva, iter di connessione più rapidi, a patto che:
• l’utente accetti una temporanea decurtazione della produzione, oppure
• la GD sia accoppiata a un SdA capace di scongiurare la mancata produzione.
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C. Sistemi di Accumulo per l'incremento della
Hosting Capacity del sistema elettrico nazionale
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SdA connessi in AT o MT (Cabina Primaria, RTN) possono aumentare la
capacità di accoglimento di GD da parte del sistema elettrico nazionale:
Incremento della dispacciabilità delle risorse di generazione
(e di carico) sottese alla rete di distribuzione
• Prevedibilità dei profili di scambio delle CP
(minori margini di riserva rotante, più efficiente
selezione del parco di generazione, ecc.).
• Programmabilità dei profili della distribuzione
(capacità di ovviare ai limiti posti dalle
congestioni in AT evitare la mancata
produzione da FER).
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C. Sistemi di Accumulo per l'incremento della
Hosting Capacity del sistema elettrico nazionale
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SdA per l’incremento della prevedibilità dei profili di scambio di CP con
significativa Generazione Diffusa installata
Una prima analisi:
Sbilanciamenti
annui [MWh]
Riduzione degli
sbilanciamenti
operata dal SdA
1h
263
73,64%
4h
1378
29,01%
12 h
1860
14,25%
24 h
1860
14,25%
Taglia SdA:
1 MW – ½ MWh
Trafo AT/MT: 16 MVA
Picco di carico: 5 MW
GD (=FV) oltre i 2 MW
Errore tollerato:
1% dei profili dichiarati
Prestazioni elevate del SdA a patto di adottare orizzonti di previsione
limitati (es. un'ora).
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Sistemi di Accumulo:
quali prospettive?
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I SdA possono trovare impiego crescente sul sistema elettrico,
in concomitanza con l’affermazione delle FER/GD:
SdA di piccola/piccolissima taglia possono aumentare la prevedibilità di
ciascuna unità di GD, come già sta accadendo in Germania
(moltissimi impianti FV in Bassa Tensione, + SdA per mitigare gli impatti
sulla rete e sul sistema);
SdA di taglia da qualche MW aumentano la prevedibilità/controllabilità
di più unità di GD sulla rete di distribuzione MT
(…ma serve un diverso quadro regolatorio per MSD);
SdA di grande/grandissima taglia (sulla RTN) consentono un migliore
governo del sistema elettrico in presenza di quantità massicce di GD
L’incremento della presenza dei veicoli elettrici metterà a disposizione
una forma di accumulo elettrico distribuito sul territorio…
… e a basso costo?
M. Delfanti, Milano, 11/07/2011
GRAZIE PER L’ATTENZIONE!
Maurizio Delfanti
Dipartimento di Energia
Politecnico di Milano
[email protected]
http://www.energia.polimi.it
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