Relazione scientifica 2013-2015 Unità di PADOVA Info

Relazione scientifica 2013-2015
Unità di
PADOVA
Info
Università
Dipartimento
Indirizzo
Sito
Responsabile di Unità
Responsabile web
Università degli Studi di Padova
Dipartimento di Ingegneria Industriale
Via Gradenigo, 6/a – 35131 Padova
www.dii.unipd.it
Roberto
Caldon
Fabio
Bignucolo
Composizione
Nome
Cognome
Benato
Roberto
Bignucolo
Fabio
CALDON
Roberto
Coppo
Massimiliano
Dambone Sessa
Sebastian
Raciti
Antonino
Sgarbossa
Riccardo
Turri
Roberto
Ruolo
Professore Associato
Ricercatore
Professore Ordinario
Dottorando
Dottorando
Assegnista/contrattista
Dottorando
Professore Associato
Relazione scientifica 2013-2015
Temi di ricerca
Distribuzione e Smart Grid
Gestione delle reti di distribuzione in presenza di generazione distribuita
Si sta studiando una strategia di controllo distribuito che ottimizza la gestione degli impianti di generazione al fine di
incrementare le loro connettività alle reti di distribuzione e la fornitura di alcuni Servizi Ancillari.
L’approccio più promettente è mutuato dall’architettura delle reti informatiche orientato alla comunicazione di segnali per
il coinvolgimento di utenti attivi nella regolazione di rete. Questo tipo di strategia mira a una gestione delle risorse
distribuite attraverso un meccanismo di libera partecipazione ai servizi di rete, simulando un sistema elettrico sempre più
affine al paradigma della smart-grid. L’algoritmo è basato sulla scomposizione del sistema elettrico in aree di regolazione in
cui vengono raggruppati i nodi tra loro elettricamente vicini e con simili condizioni operative, procedendo poi alla richiesta
di regolazione di potenza, reattiva ed eventualmente attiva attraverso dei segnali inviati in successione agli utenti attivi
partecipanti nella stessa area fino al raggiungimento degli obiettivi tecnici fissati.
In questo modo, il raggiungimento degli obiettivi tecnici non è garantito da un dispacciamento delle condizioni di esercizio
delle utenze finali, ma è subordinato alla disponibilità di queste ultime alla fornitura di servizi di rete in relazione a vincoli di
tipo tecnico ed economico, al fine di ottenere uno schema di regolazione più flessibile e in grado di aumentare l’hosting
capacity delle reti di distribuzione MT e BT.
Distribuzione e Smart Grid
Analisi delle reti di distribuzione in bassa tensione e proposte di regolazione
L’attività di ricerca relativa allo studio delle reti di bassa tensione si sta rivelando di sempre maggior interesse scientifico
vista la crescente penetrazione di GD nelle reti di bassa tensione. I problemi dal punto di vista della gestione sono
ulteriormente aumentati vista la natura asimmetrica delle linee in esse presenti e lo squilibrio nelle potenze di fase che
possono portare all’incremento dello squilibrio di tensione riducendo la qualità del servizio e potenzialmente trasmettendo
questo squilibrio alla rete MT.
In particolare su quest’ultimo aspetto si è basata l’attività svolta, che ha cercato di affrontare il problema dello squilibrio
delle potenze di fase, da cui deriva uno squilibrio nelle tensioni del sistema BT, attraverso uno schema di controllo
coordinato degli inverter che interfacciano le risorse distribuite, siano essi trifase o monofase. Allo scopo si è implementato
un agile algoritmo in grado di valutare i contributi di potenza necessari in ciascuna fase al fine di compensare lo squilibrio.
Successivamente i contributi vengono richiesti attraverso un sistema di comunicazione alle risorse distribuite, ottenendo
una partecipazione coordinata degli utenti attivi. E’ prevista l’applicazione a più livelli di tensione estendendo i principi
sviluppati nella gestione della rete di media tensione analizzando l’interazione tra i due sistemi, includendo possibili azioni
Distribuzione e Smart Grid
Studio del fenomeno dell’isola indesiderata in reti attive di distribuzione
Obiettivo dello studio è l’analisi del comportamento della rete elettrica in presenza di una larga penetrazione di inverter
per applicazioni fotovoltaiche, in particolare le interazioni tra sistemi di protezione di rete e inverter e l’analisi del
funzionamento in isola per perdita di rete. Lo scopo principale è quello di avere una comprensione approfondita dei
principali fenomeni in presenza di sorgenti fotovoltaiche ed identificare i fattori che maggiormente influenzano il
fenomeno dell’isola non intenzionale. L’attività è articolata in: 1) sviluppo di un modello di inverter tipico per applicazioni
fotovoltaiche, sia nel dominio del tempo (Simulink) che nel dominio delle frequenze (DigSilent); 2) sviluppo di modelli di
generatore sincrono, carico dinamico, protezioni di interfaccia e schemi di protezione; 3) modellizzazione di una rete in BT
e definizione di differenti scenari di carico/generazione; 4) sviluppo di una metodologia di analisi statica per identificare le
regioni di squilibrio di potenza attiva e di potenza reattiva che possono generare l’isola indesiderata; 5) analisi delle perite
di rete conseguenti a differenti criteri di regolazione del comportamento reattivo degli utenti connessi; 6) sviluppo di una
metodologia per lo sviluppo di modelli equivalenti di reti attive e passive, da applicare nell’analisi di reti elettriche di
distribuzione di bassa tensione, in base sia alla conoscenza dei singoli componenti che su misure.
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Distribuzione e Smart Grid
Sviluppo di sistemi di accumulo per applicazioni grid-connected e stand-alone
Sono state analizzate le potenzialità introdotte nelle reti attive di distribuzione dalla connessione di elementi di accumulo,
in funzionamento grid-connected e stand-alone/micro-grids.
È stato sviluppato a livello concettuale e progettuale un impianto di accumulo prototipale basato sulla tecnologia NaNiCl2,
testato in funzionamento grid-connected in abbinamento a utenti elettrici attivi e passivi per l’erogazione di servizi ancillari
di rete.
È stata indagata la possibilità di adottare sistemi di accumulo finalizzati al contenimento degli oneri di sbilanciamento, in
abbinamento ad impianti di generazione a fonte rinnovabile aleatoria. Sono state sviluppate le metodologie di
dimensionamento e gestione, considerando i vincoli operativi di un sistema di accumulo e la regolamentazione corrente.
È stata investigata la potenzialità dei sistemi di accumulo di incrementare il livello di autoconsumo dell’energia prodotta
localmente da impianti a fonte rinnovabile.
In riferimento al funzionamento in isola, sia inteso come separazione intenzionale dalla rete sia nell’ambito dei sistemi per
l’elettrificazione di utenze remote, sono state sviluppate delle logiche di controllo in grado di coordinare le risorse presenti
in loco con il funzionamento ottimale di un sistema di accumulo in grado di garantire la stabilità della rete. Tali sistemi di
controllo possono operare correttamente anche in assenza di comunicazioni reciproche tra i diversi impianti facenti parte
del sistema isolato.
Trasmissione e Super Grid
Analisi multiconduttore di sistemi elettrici
L’analisi matriciale di sistemi multi conduttore, in grado di rappresentare opportunamente gli accoppiamenti induttivi e
capacitivi tra tutti i conduttori (attivi e passivi) del sistema ha condotto alla risoluzione di diverse problematiche, quali:
analisi dell'alimentazione di lampade a scarica installate nella sommità dei tralicci a scopo di segnalazione, alimentate per
accoppiamento capacitivo; analisi di "sovrappassi" di linee elettriche aeree su impianti a fune, con valutazione delle
sollecitazioni termiche dovute a elevate correnti di corto circuito provocato dalla caduta o dall'abbassamento accidentale
di un conduttore elettrico sulla fune funiviaria; analisi del regime elettrico (e di corto circuito) di linee in cavo
strutturalmente dissimmetriche con qualsiasi modalità di messa a terra degli schermi (cross-bonding, single-point bonding,
solid bonding o combinazioni di queste), considerando l’eventuale presenza di conduttori passivi (interferiti) o l’armatura
di un eventuale tunnel; analisi del regime elettrico di linee aeree in doppia terna (o terne multiple) strutturalmente
dissimmetriche con qualsiasi modalità di esercizio dei singoli conduttori (energizzati, isolati, messi a terra) e delle funi di
guardia, per la valutazione delle tensioni e correnti indotte.
Trasmissione e Super Grid
Analisi delle problematiche connesse all’installazione di collegamenti in cavo che interessano infrastrutture viarie
La razionalizzazione delle risorse del territorio induce a considerare con attenzione le possibilità offerte da infrastrutture
stradali o ferroviarie (esistenti o in progetto) per l'installazione, al loro interno, di linee innovative in cavo. Tale sinergia
"trasporto - trasmissione dell'energia elettrica" offre l'opportunità di sfruttare le sinergie di molteplici utilizzazioni nello
stesso spazio limitato, ma, allo stesso tempo, pone questioni che debbono essere adeguatamente affrontate e risolte nella
prospettiva di un esercizio affidabile, efficiente e sicuro degli impianti operanti all'interno della comune struttura. La
ricerca ha preso in esame tutte le tecnologie in cavo, sia quelle in corrente alternata sia quelle in corrente continua. Per
completezza si sono considerati anche gli elettrodotti blindati, sebbene abbiano una minore maturità tecnologica. Gli
aspetti analizzati hanno riguardato i problemi di compatibilità geometrica linea in cavo – infrastruttura, i campi e le
interferenze elettromagnetiche, l’effetto esterno di un possibile corto circuito fase-schermo all'interno dell'infrastruttura,
l’affidabilità dell'approccio sinergico cavi-strutture, il monitoraggio in tempo reale delle linee di potenza all'interno
dell'infrastruttura.
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Trasmissione e Super Grid
Accumulo elettrochimico stazionario sulla rete di trasmissione
Negli ultimi anni si è assistito ad un imponente aumento di produzione di energia elettrica da fonte rinnovabile. La
repentinità con cui si è verificato tale fenomeno ha comportato una difficoltà di adattamento della rete elettrica italiana. Il
principale elemento di criticità risiede come noto nella natura randomica di produzione energetica caratteristica delle fonti
rinnovabili e dalla loro ovvia non programmabilità. Un secondo aspetto, che incide in maniera significativa sui flussi di
potenza, risiede nella localizzazione di tali impianti. Infatti essendo essi concentrati nella parte meridionale dell'Italia, la
trasmissione dell'energia da essi prodotta viene trasmessa da linee elettriche che nei punti più critici non risultano più
sufficienti, causando sovraccarichi e imponendo forti investimenti di adeguamento della rete.
L'introduzione di sistemi di accumulo elettrochimico stazionario rappresenta un supporto efficace per affrontare le
problematiche brevemente summenzionate.
Il gruppo di ricerca ha sviluppato vari studi di compatibilità ambientale della famiglia Na-beta (a cui appartengono sia la
tecnologia sodio-zolfo sia quella di sodio-cloruro di nichel) per l'accumulo stazionario sulla rete di alta tensione italiana.
Ha inoltre seguito tutte le fasi delle prime installazioni energy-intensive con tecnologia Na-S per un totale di potenza
installata pari a 34,8 MW.
Relazione scientifica 2013-2015
Progetti
Nome
Responsabile scientifico
Ente finanziatore
Breve descrizione
Progetto ATLANTIDE (Archivio TeLemAtico per il riferimento Nazionale di reTI di
Distribuzione Elettrica)
Roberto Caldon
MSE - Ministero per lo Sviluppo Economico
Definizione dei riferimenti per le reti elettriche italiane di distribuzione.
Analisi di scenari di medio e lungo periodo per tali sistemi (evoluzione della domanda
elettrica e della penetrazione della GD).
Realizzazione di un portale on-line per l’archiviazione dei suddetti modelli e per la
simulazione degli scenari e delle strategie di controllo (e.g. Distribution Management
System).
Sedi partner
ENEL Ingegneria e Innovazione; UniCA; UniNAII.
Altre info
(vuoto)
Nome
Sviluppo di logiche di controllo e gestione di sistemi di accumulo basati sulla tecnologia NaNiCl2, operanti sia in regime grid connected che stand alone
Fabio Bignucolo
FIAMM SpA (VI)
Sviluppo concettuale, supporto alla progettazione preliminare e di dettaglio,
identificazione delle logiche operative e analisi di funzionamento del prototipo FIAMM
Green Enegy Island con tecnologia nichel-cloruri metallici NaNiCl2.
Sviluppo e supporto scientifico alla progettazione di un sistema in isola (stand-alone), preassemblato in container.
Analisi di convenienza economica di un sistema di accumulo domestico abbinato a impianti
di generazione a fonte rinnovabile fotovoltaica.
Responsabile scientifico
Ente finanziatore
Breve descrizione
Sedi partner
(vuoto)
Altre info
(vuoto)
Nome
Impianti di accumulo per applicazione grid-connected e stand alone
Responsabile scientifico
Ente finanziatore
Breve descrizione
Roberto Caldon
SAET Padova
Il progetto ha indagato le opportunità di integrazione nel sistema elettrico di sistemi di
accumulo elettrochimico. Sono state analizzate le potenzialità di miglioramento del profilo
di generazione di impianti a fonte rinnovabile aleatoria e intermittente. E’ stata analizzata
la realizzabilità tecnico-economica di soluzioni ibride off-grid, con analisi di autosostenibilità energetica del sistema in relazione alle disponibilità energetiche locali.
Sedi partner
(vuoto)
Altre info
(vuoto)
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Nome
Responsabile scientifico
Ente finanziatore
Breve descrizione
Analisi di reti elettriche in presenza di larga penetrazione di inverter per applicazioni
fotovoltaiche
Roberto Turri
ENEL Distribuzione
L’obiettivo principale della ricerca, svolta in collaborazione con il DTG dell’Università di
Padova e il CESI, è l’analisi del comportamento della rete elettrica in presenza di una larga
penetrazione di inverter per applicazioni fotovoltaiche. Di particolare interesse sono le
possibili interazioni tra sistemi di protezione di rete e inverter con differente tipologia di
controllo e l’analisi del funzionamento in isola per perdita di rete.
Sedi partner
(vuoto)
Altre info
(vuoto)
Nome
Studio del comportamento dinamico e soluzioni migliorative di reti elettriche di
distribuzione in presenza di generazione distribuita e sorgenti da fonte rinnovabile
Roberto Turri
ENEL Distribuzione
L’obiettivo principale dello studio è l’analisi del comportamento della rete elettrica in
presenza di una larga penetrazione di generazione distribuita di tipo statico e rotante, con
riferimento alle evoluzioni delle regole di connessione sia a livello nazionale che
internazionale e in coordinamento con le attività di tipo sperimentale e modellistico svolte
dal DTG dell’Università di Padova.
Responsabile scientifico
Ente finanziatore
Breve descrizione
Sedi partner
(vuoto)
Altre info
(vuoto)
Nome
Sistemi di accumulo elettrochimico dell'energia elettrica sulla rete AT: analisi dei rischi e
delle normative ambientali vigenti per l'installazione della tecnologia
Roberto Benato
TERNA PLUS
L’installazione di accumulo elettrochimico stazionario sui nodi della rete di trasmissione in
alta tensione prevede l'utilizzo di celle secondarie ad alta temperatura sodio-zolfo (famiglia
Na-beta). È stata approfondita la verifica della compatibilità tecnica, normativa e
ambientale delle succitate celle secondarie per installazioni di tipo "energy intensive" sulla
rete italiana di AT (chimica, elettrotecnica, comportamento al fuoco, analisi del rischio e
analisi della normativa).
Responsabile scientifico
Ente finanziatore
Breve descrizione
Sedi partner
(vuoto)
Altre info
(vuoto)
Relazione scientifica 2013-2015
Nome
Responsabile scientifico
Ente finanziatore
Breve descrizione
Sistemi di accumulo elettrochimico stazionario dell'energia elettrica sulla rete AT italiana
con tecnologia Sonick della FIAMM SONICK
Roberto Benato
FIAMM ESS SpA
Il progetto di ricerca ha mostrato come le caratteristiche elettriche degli accumulatori con
tecnologia sodio-cloruro di nichel e le scelte impiantistiche delle unità di accumulo
assicurino alti valori di energia specifica volumetrica e ponderale. Inoltre sono stati
approfonditi gli aspetti legati alla sicurezza intrinseca della tecnologia in relazione ai vincoli
di installazione degli impianti di accumulo elettrochimico stazionario.
Sedi partner
(vuoto)
Altre info
(vuoto)
Nome
Studio e Analisi di un Cavo Tripolare in Corrente Alternata per la Trasmissione dell'Energia
Elettrica
Roberto Benato
PRYSMIAN POWER LINK
Finalità del contratto è la definizione e la documentazione di una metodologia per l’analisi
elettromagnetica mediante modelli FEM 3D di cavi tripolari di alta tensione per la
trasmissione di corrente alternata con armatura a fili per mezzo del software commerciale
FLUX. La metodologia sarà validata per mezzo dei risultati di misure di laboratorio forniti da
Prysmian. L’attività di simulazione prevede l’analisi di un cavo tripolare armato di
riferimento e di un certo numero di sue varianti.
Responsabile scientifico
Ente finanziatore
Breve descrizione
Sedi partner
(vuoto)
Altre info
(vuoto)
Nome
Sviluppo e diffusione della tecnologia FIAMM SODIO-CLORURO DI NICHEL applicata
all'accumulo stazionario
Roberto Benato
FIAMM Sonick
In questo contratto di ricerca è stato ideato e costruito un modello di una cella
elettrochimica Na-NiCl2 , di un modulo costituito da più celle in serie con BMS e un'unità
costituita da più moduli in parallelo. Il modello è interamente basato su dati sperimentali.
Le attività svolte sono state: a) raccolta dati e riorganizzazione degli stessi; b) impostazione
base di un modello di n batterie; c) modello in regime stazionario del sistema batterie e del
sistema di conversione.
Responsabile scientifico
Ente finanziatore
Breve descrizione
Sedi partner
(vuoto)
Altre info
(vuoto)
Relazione scientifica 2013-2015
Nome
Responsabile scientifico
Ente finanziatore
Breve descrizione
Studio di configurazione ottimale di bobine di sbarramento per onde convogliate su linee
in AT
Roberto Caldon
Bertel SpA
Si tratta di cercare la configurazione geometrica migliore di un sistema di piattine di
alluminio in parallelo (per lo sbarramento di onde convogliate), capace di ripartire
equamente l'elevata corrente di linea presentando complessivamente uno stabilito valore
di induttanza.
Sedi partner
(vuoto)
Altre info
(vuoto)
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Laboratori
Laboratorio Simulazione Sistemi Elettrici
Le attività del laboratorio sono principalmente costituite da simulazioni di sistemi elettrici di potenza, in differenti ambienti
di simulazione, tra cui: DigSilent Power Factory, Neplan, PowerWorld, EMTP-RV, PSCAD, Matlab Power Block-Set.
(vuoto)
Laboratorio Power Quality
Il laboratorio sviluppa misure e analisi basandosi sulle apparecchiature per prove sperimentali disponibili, tra cui:
generatore di forme d’onda tipo California Instruments Mod. 15003 per transitori V-f.
(vuoto)
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Didattica
Corso
Impianti elettrici di bordo
CFU
6
CdL
Ingegneria Aerospaziale
Impianti elettrici
9
Ingegneria dell'Energia
Progettazione di sistemi elettrici industriali
9
Magistrale in Ingegneria dell'energia elettrica
Sistemi elettrici per i trasporti
6
Magistrale in Ingegneria dell'Energia Elettrica
Sistemi Elettrici per l'Energia
9
Magistrale in Ingegneria dell'energia elettrica
Impianti elettrici
9
Triennale in Ingegneria dell'Energia
Impianti di produzione dell'energia elettrica
6
Magistrale di Ingegneria dell'Energia Elettrica
Sitemi elettrici per l'energia
9
Magistrale in Ingegneria Energetica