Parte 1 - UniversiBO

Produzione dell’energia elettrica L
Presentazione del corso
A.A. 2005-2006
ALMA MATER STUDIORUM – UNIVERSITA’ DI BOLOGNA
Obiettivi del corso
Il corso riguarda la produzione di energia elettrica dalle diverse fonti
primarie di energia e si propone di fornire le conoscenze di base
riguardanti:
- la gestione ed il controllo della produzione di energia elettrica e della rete
di trasmissione, tenendo in considerazione gli effetti delle recenti
riorganizzazioni del mercato dell’energia elettrica;
- l’integrazione degli impianti di produzione nei sistemi elettrici industriali e
nelle reti di distribuzione pubblica di media e bassa tensione, con
particolare riguardo alla produzione da fonti rinnovabili.
2
Programma
Gli argomenti del programma sono:
1. Mercato dell’energia elettrica e programmazione della produzione di
energia elettrica
2. Vincoli sulla produzione dovuti alle caratteristiche della rete di
trasmissione e sicurezza del sistema elettrico contro i rischi di blackout
3. Regolazione dell’equilibrio fra produzione e carico, con scambi fra reti
interconnesse.
4. Integrazione nel sistema elettrico di impianti di generazione da fonti
rinnovabili
3
Mercato dell’energia elettrica e
programmazione della produzione di
energia elettrica
ALMA MATER STUDIORUM – UNIVERSITA’ DI BOLOGNA
Parte 1
Richiami sugli impianti ed i
sistemi elettrici
5
Parte 1
Pianificazione, programmazione e
controllo di un sistema di energia
Obiettivo:
- equilibrio fra carico e generazione
- al minimo costo
- con sufficiente sicurezza (qualità) del servizio
- con basso deterioramento dell’ambiente
Programmazione previsionale
Orizzonte annuale
Orizzonte settimanale o giornaliero
Orizzonte temporale inferiore al giorno
6
Parte 1
Il mercato elettrico
7
Parte 1
Problemi d’ottimizzazione caratteristici della programmazione della
produzione di energia elettrica
-il dispacciamento economico del carico fra le centrali termoelettriche in
parallelo,
-la scelta della configurazione dell’insieme di centrali da mettere in servizio
(unit commitment),
-la scelta del programma di generazione idroelettrica (coordinamento
idrotermico).
8
Vincoli sulla produzione dovuti alle
caratteristiche della rete di trasmissione
e sicurezza “statica” del sistema
elettrico
ALMA MATER STUDIORUM – UNIVERSITA’ DI BOLOGNA
Parte 2
Richiami sui circuiti equivalenti dei generatori, trasformatori e linee. Limiti di generazione e trasmissione.
10
Parte 2
Dalla rete fisica alla matrice delle ammettenze e calcoli di load flow
Vn
V1 1
y13
3
I1
I  YV
In
V3
y34
4 V4
I4
i
y1i
yi3
Ii
y1
yi
Vi
Q i ,min  Qi  Q i ,ma x

i  1,2,  , g
I3
y3
y4
Analisi della sicurezza
sicuro
Vi ,min  Vi  Vi ,ma x

i  1, 2,..., u
Load flow limitati
Pn ,min  Pn  Pn ,ma x
normale;
vulnerabile
di emergenza
di ripristino
11
Regolazione dell’equilibrio fra
produzione e carico, con scambi fra reti
interconnesse
ALMA MATER STUDIORUM – UNIVERSITA’ DI BOLOGNA
Parte 3
Regolazione della frequenza
Le variazioni della frequenza di rete indicano la
mancanza di equilibrio fra la potenza prodotta
dagli impianti e le richieste dei carichi.
sensore
Motore primo
generatore
rotore
regolazione primaria

posizione della
valvola
Regolatore

+ f
+
Prif
+
-
P
+
 rif
R
13
Parte 3
Regolazione secondaria
frequenza potenza
La regolazione secondaria
potenza, ha tre obiettivi:
frequenza-
1 mantenere la frequenza del sistema al
valore di riferimento (50 Hz);
2 mantenere al valore di riferimento i flussi
di potenza attraverso le linee di
interconnessione;
3 mantenere il livello di potenza di ogni
centrale prossimo a quello corrispondente
al minor costo di produzione.
14
Integrazione nel sistema elettrico di
impianti di generazione da fonti
rinnovabili
ALMA MATER STUDIORUM – UNIVERSITA’ DI BOLOGNA
Parte 4
I   p  ac  q
q  f ( p)
16
Parte 4
Produzione da fonte eolica
P
1
 Av 3C p
2
17
Parte 4
Impianti fotovoltaici
18
Esercitazioni
Esercitazioni al calcolatore (ambiente Matlab/Simulink):
1 Dispacciamento economico del carico fra centrali
2 Ripartizione dei flussi di potenza nella rete di trasmissione
3 Regolatore di velocità di un gruppo di produzione
19
Materiale didattico
www.lisep.ing.unibo.it
Sito del
Laboratorio di ingegneria dei
sistemi elettrici di potenza
imp_sis
20
Riferimenti
parti 1, 2, 3:
AJ Wood, B Wollemberg, “Power generation, operation and control”, John Wiley & Sons, 1996
parte 4:
JR Patel, “Wind and solar power systems”, CRC Press, 1999 (disponibile anche in http://www.engnetbase.com)
Esame
Orale
Tre domande:
 una consistente nella risoluzione di un esercizio numerico o nella
discussione dei risultati di una esercitazione
 le altre due sugli argomenti teorici del corso
22
Tesi di laurea
Argomenti di tesi:
- Mercato elettrico – procedure di ottimizzazione per la partecipazione
(offerte ottimali di vendita, determinazione di un programma attuabile sulla base
dei risultati, ruolo delle offerte di domanda)
Collaborazioni: GRTN, DEIS-Unibo, Univ. Pisa, Univ. Genova
- Regolazione della frequenza
(analisi delle variazioni reali in rete, modelli dinamici di impianti)
Collaborazioni: GRTN, Univ. Liegi
- Generazione distribuita – connessione alla rete
(previsione della domanda a breve termine, coordinamento dei flussi di potenza
in rete)
Collaborazioni: CESI, Univ. Genova
23
Produzione dell’energia elettrica L
Alberto Borghetti
[email protected]
ALMA MATER STUDIORUM – UNIVERSITA’ DI BOLOGNA