Smart Grid e Smart Storage il nuovo supporto alle Rinnovabili

SMART GRID & SMART STORAGE
Il nuovo supporto alle Rinnovabili
Antonio Zingales
SAET
ANIMP Milano 26 Giugno 2012
Gestione della Rete energie rinnovabili e mercato del gas:
quali risposte dai cicli combinati ?
Smart Grid e Smart Storage il nuovo
supporto alle Rinnovabili
Milano 26-06-2012
La fotografia dei recenti prezzi
medi energia nelle 5 macro aree
Italia, mostra :
Una elevata differenza con i
prezzi internazionali (∆ ≈ +30%)
Una disomogeneità tra zone
rispetto al PUN Prezzo Unico Nazionale
L’esistenza di sezioni con
elevata frequenza di congestione.
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Il convegno si propone di
rispondere a questa situazione
analizzando i tre fattori:
GESTIONE
RTN
ENERGIE
RINNOVABILI
MERCATO GAS
CCPP
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COME FAR FRONTE ALLE MAGGIORI NECESSITÀ
DI RISERVA DEL SISTEMA ELETTRICO ?
CCPP
• Flessibilizzazione degli impianti termoelettrici convenzionali
• Sviluppo degli impianti di punta
GESTIONE FLUSSI DI RETE
• Nuovo impiego (accellerazione) degli impianti di pompaggio
• Modulazione dell’importazione (PST-HVDC)
SMART GRID & SMART STORAGE
• Flessibilizzazione della domanda e dell’offerta distribuita
• Nuovi sistemi di accumulo concentrati e distribuiti gestiti smart
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In questa sezione dedicata ai SERVIZI DI RETE vorremmo analizzare
alcuni provvedimenti SMART per favorire l’efficiente utilizzo delle
FRNP (fonti rinnovabili non programmabili) che al crescere della
penetrazione hanno determinato :
• Congestioni di rete AT ed AAT
• Maggiore disomogeneità tra le aree
• Possibile instabilità del Sistema Elettrico
SMART GRID
LA RETE DEL FUTURO DEVE ESSERE “SMART”
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Perchè è cresciuta l’energia “intermittente” , non modulabile (non
modificabile su un programma predefinito)
Perchè la compravendita internazionale di energia ha portato a scambi
intensi e variabili sulle reti interconnesse (rapide inversioni PST-HVDC)
Perchè a fronte della crescente GENERAZIONE DIFFUSA spesso la
RTN non è cresciuta adeguatamente e viene gestita al limite
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Al crescere della Penetrazione delle energie rinnovabili intermittenti non
prevedibili (Wind + Solar) cresce il rischio di instabilità perchè non c’è
una corrispettiva potenza di regolazione primaria.
Solar Power 12,5 GW
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Al crescere delle energie
rinnovabili intermittenti non
prevedibili (Wind + Solar) ci
sono situazioni critiche specie
nelle giornate estive festive con
20-25 GW di assorbimento e 1015 GW di FRNP.
Penetrazione ≈ 50%
cresce il rischio di instabilità
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IL RISCHIO INSTABILITÀ CRESCE
Frequenza
Con 11.000 MW di FV connessi in alcune
situazioni la rete odierna è già critica
(rischio di perdita > 3000MW
instabilità)
Nel maggio 2011, in Sicilia la perdita di
un’unità di produzione da 150 MW ha
indotto la perdita di 80 MW di FV,
rendendo necessario l’uso degli alleggeritori
di carico per evitare il black-out
La situazione è resa ancor più critica dal
distacco immediato del FV in occasione di
disturbi sul sistema Elettrico
Consumi
Produzione
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PROVVEDIMENTI
DI RETE
TERNA A17-A68
I GRANDI IMPIANTI EOLICI E FV
DEVONO CONTRIBUIRE
AI SERVIZI DI RETE
• Regolazione di potenza attiva e reattiva
• Riduzione di potenza
• Insensibilità agli abbassamenti di tensione
Regolazione della potenza in rete in funzione della frequenza
insensibilità agli abbassamenti di tensione
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SCAMBIO INFORMAZIONI SECONDO ALL17-68
SISTEMI DI TELEDISTACCO
DELLA PRODUZIONE(§ 6.3.1)
TELEINFORMAZIONI (§ 6.3.1) :
gestione azioni necessarie alla
salvaguardia del Sistema Elettrico
Nazionale
REGOLAZIONE DELLA POTENZA
REATTIVA( §7.2)
CONTROLLO
PRODUZIONE
(§7.1)
UPD
M
SCADA
REG-INV
REGOLAZIONE
POTENZA ATTIVA
(§7.3)
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Proponiamo tre provvedimenti SMART di supporto alle rinnovabili:
1) La partecipazione delle rinnovabili alla regolazione primaria
per grosse FRNP (> 10 MW)
2) La raccolta delle folate di vento con sovraccarico elettrico
(MPE Mancata Produzione Eolica)
3) Lo storage che rende le rinnovabili a profilo prevedibile
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FRNP CON REGOLAZIONE PRIMARIA
Al fine di rispettare gli standard di sicurezza nella
gestione del sistema elettrico, il Codice di Rete (art.
4.4.2.3) prescrive che gli impianti di generazione
debbano rendere disponibile una banda di regolazione
primaria non inferiore all’1,5% della potenza efficiente
(10% in Sardegna e in Sicilia se “in isola”). Da tale
obbligo sono esclusi (art. 1B.5.6.1) gli impianti da
FRNP .
Priorità Dispacciamento
Non obbligo riserva.
Ma
Ma allora
allora perché
perché non
non pagare
pagare
alle
alle FRNP
FRNP ilil servizio
servizio
se
se partecipano
partecipano alla
alla Regolazione?
Regolazione?
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Campo Fotovoltaico
di Canaro 48 MW
Con partecipazione
regolazione primaria
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Occorre
Occorre che
che le
le FRNP
FRNP
partecipino
partecipino alla
alla Regolazione
Regolazione
L’impatto delle FRNP sulla sicurezza del sistema elettrico
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Riserva
Riserva del
del 1,5
1,5 %
%
per
per regolazione
regolazione Pr.
Pr.
Regolazione della potenza in rete in funzione della frequenza
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Regolazione primaria & STORAGE
Per garantire una riserva più elevata (e che quindi dovrebbe essere più
remunerata) lo strumento più adatto è lo STORAGE, indicativamente
dimensionato sul nuovo valore di potenza Pn (+2 - +5%) con energia pari
a circa 20%Pn x 0,2 h, per cui:
• tempi di risposta rapidi (dell’ordine dei secondi), per cui i
sistemi di accumulo elettrochimico risultano perfettamente adeguati
• consente la prestazione di RISERVA REGOLANTE per le FRNP
• sviluppa le Rinnovabili : infatti lo sviluppo di FER implicherebbe una
riduzione del margine di regolazione primaria, ma con l’introduzione di
sistemi di accumulo si può aumentare tale margine
elemento a favore dell’integrazione delle RES
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LA RACCOLTA DELLE FOLATE DI VENTO
La MancataProduzione Eolica ha toccato i 700
GWh nel 2009 e i 470 GWh nel 2010 , con
l’installazione prevista da TERNA di 130 MW di
batterie, localizzate nelle provincie di Foggia,
Avellino, Salerno e Benevento, è prevista un
incremento da fonti rinnovabili per circa 230
GWh/anno con riserva pronta aggiuntiva per
circa 410 GWh/anno.
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LA RACCOLTA DELLE FOLATE DI VENTO
Il gestore, per garantire la sicurezza del sistema, in
occasione delle folate di vento che portano il
sovraccarico sulla linea, attraverso una comunicazione
(UPDM) obbliga il produttore a non evacuare energia
in rete garantendo comunque una remunerazione
economica per la mancata produzione. Si tratta in
effetti di un meccanismo che tutela il produttore ma
non la produzione.
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Quando la ventosità intensa interessa simultaneamente diversi campi
eolici collegati sulla stessa linea 150 kV , è possibile il sovraccarico
(soprattutto in linee progettate con funzione di distribuzione).
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Allora l’accumulo funge da collettore di energia e deve essere
dimensionato sulla massima area di sovraccarico.
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Unità di Storage
localizzate nelle
provincie di Foggia,
Avellino, Salerno e
Benevento
Principali
Funzioni
MPE
Congestioni di
Rete
Unità di Storage
10 MW-50 MWh
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Applicazioni ESS:
• Time shift
• Peak shaving
Applicazioni
• Power balancing
di
• Rifasamento
Energia
• Regolazione V-f
• Black start
Applicazioni
di
Potenza
• Power quality
• Active Filtering
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La soluzione Energy Storage è costituita dal parallelo di un insieme di
accumulatori, connessi alla rete MT attraverso un trasformatore MT/BT.
Control
unit
Ciascun sistema ESS è composto dai seguenti elementi principali:
• Sistema Monitoraggio Batterie
•Trasformatore MT/BT
• SCADA regolazione smart
•Sistema Convertitore
• Quadri MT, BT, ausiliari
•Sistema di batterie
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Batterie
EES in CONTAINER con
- climatizzazione e antiincendio
- pavimento flottante
- accessi per manutenzione
Trasformatore
Quadri MT
Quadri BT,
ausiliari,
SCADA
Inverter
Taglia: tipico multipli
di 1 MW - 1MWh
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LA RACCOLTA DELLE FOLATE DI VENTO
In sostanza lo STORAGE finalizzato alla Mancata Produzione Eolica,
risolve anche problemi di congestione ed ottimizza la risorsa vento
perché con il time shifting si sostituiscono con una gestione SMART i
MWh costosi (dei turbogas) nel carico di punta con l’energia WIND .
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LA RACCOLTA DELLE FOLATE DI VENTO
E’ poi da tenere presente che la potenza eolica è intermittente e, quindi,
anch’essa può improvvisamente variare profondamente. La maggiore
variazione si verifica in corrispondenza dell’ intensificazione del vento,
quando la velocità delle raffiche arriva a superare il limite di cut out degli
aerogeneratori. In questo caso, il sistema automatico di protezione mette in
bandiera le pale riducendo rapidamente a zero la potenza erogata dalle
macchine. Pertanto, l’erogazione può passare bruscamente da Pmax a zero con
una variazione d’ampiezza: anche in questo caso una regolazione SMART può
immettere rapidamente lo Storage in rete (inversione rapida).
Distacco WTG
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PROFILO DI SCAMBIO PREVEDIBILE ’
[art.15, comma1ettera e) decreto ministeriale 6 agosto 2010]
Profilo (campo fotovoltaico tra 200 kW e 10 MW) che rispetta un
programma orario nelle ore comprese tra le 8:00 e le 20:00,
comunicato il giorno prima con un margine di errore del 10% per
almeno 300 giorni all’anno
Per i sistemi con profilo di scambio prevedibile, le tariffe incentivanti
sono incrementate del 20% relativamente all’energia elettrica
prodotta in ciascun giorno in cui sono verificate le condizioni di cui
sopra.
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RINNOVABILI A PROFILO PREVEDIBILE CON LO STORAGE
Come dimensionare lo STORAGE ?
P(potenza max errore %) x tempo (dipendente dal ciclo di impiego)
PV
∆ P x f(t ore di luce)
Ciclo 24 h
Wind
∆ P x f(t ore ciclo pres.)
Ciclo
Ciclo da
da Meteo
Meteo
STORAGE
Energy Size
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RINNOVABILI A PROFILO PREVEDIBILE CON LO STORAGE
Andamento SOLAR
Attualmente la previsione eolica con anticipo di 24 ore può essere effettuata, con un
errore medio dell’ordine del 20% dell’immesso mentre per quanto riguarda la
produzione fotovoltaica si raggiunge un errore medio dell’ordine del 10%.
Andamento WIND
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PRODUZIONE SOLAR
Usualmente si dice che la produzione fotovoltaica è “sincrona” alla domanda di energia,
a ben guardare però il picco di produzione PV è solo inizialmente sovrapposto alla
punta mattutina della richiesta. Purtroppo, però, il massimo di produzione PV risulta
slittato di qualche ora rispetto al picco della domanda . Inoltre, la potenza PV porta uno
scarso contributo all’alimentazione del picco serale, che è quello più rilevante della
giornata.
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PRODUZIONE SOLAR
E’ significativo inoltre focalizzare la massima variazione improvvisa - alla quale far
fronte con lo storage- che statisticamente per il fotovoltaico si prende cautelativamente
intorno al 70% del picco (massima variazione repentina tra sole e nuvoloso)
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PREVISIONE WIND
Andamento WIND
Con la fonte eolica i cicli
si
possono
solo
ipotizzare sulla base di
previsioni METEO e su
questa previsione si basa
la strategia di regolazione
carica scarica.
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Analizziamo infine la regolazione dello STORAGE
WIND /SOLAR
MEASURES
(real time)
POWER
FREQUENCY
REGULATION
per ottenere questi
vantaggi deve essere
SMART.
RTN
BATTERY SCADA
Data Base
Monitoring Regulating
STORAGE.
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PROVVEDIMENTI SMART
Per chi
Funzione
Motivo
Prod. FER
(es. 10MW-PV)
Prod. FER
Partecipazione
alla
Regolazione
Incentivo
Regolaz.
(es. 10MW-Wind)
TSO
(TERNA)
Perdite
Raccolta
energia e
folate di Vento
congestioni
Prod. FER
(es. 10MW-PV)
Prod. FER
(es. 10MW-Wind)
Profilo
prevedibile
Incentivo
Previsione
Smart
SCADA
Y
Y
Smart STORAGE
N
derating
2MW – 0,4MWh
N
derating
2MW – 0,4MWh
Y
Y
10MW – 50MWh
Y
Y
1MW – 0,5MWh
Y
Y
2MW – 3MWh
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E L’UTENTE ? ANCHE PER LUI UN RUOLO SMART
Sfruttando le nuove tecnologie l’utente non sarà più passivo consumatore
di energia, ma interagirà con il mercato in tempo reale con l’acquisto e la
vendita di energia tramite apposite interfacce di tipo web divenendo
quindi
PRO-ACTIVE CONSUMER
“PROSUMER”.
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Grazie per l’attenzione
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BIBILIOGRAFIA
TERNA Piano di Sviluppo 2012
Electricity Storage- Making lagre scale adoption of Wind and Solar Energies a Reality
CORNELIUS PIEPER HOLGER RUBEL BCG Boston Consulting Group March 2010
Integrating Energy Storage with The Smart Grid
FRANCESCO SESSA – ENEL Energy Storage Forum Europe 2012 Rome
Energy Storage Systems Value and Innovation in the Management of HV Transmission Grid
Francesco Del Pizzo TERNA Energy Storage Forum Europe 2012 Rome
Storage Applications in the Italian Transmission Grid to facilitate RES integration
ANGELO FERRANTE –TERNA Energy Storage Forum Europe 2012 Rome
Smart Grids, passaggio obbligato per l’integrazione delle rinnovabili in rete
MASSIMO GALLANTI - RSE Pavia novembre 2011
L’accumulo per il fotovoltaico: facciamo un po’ di conti
DOMENICO COIANTE – Aspoitalia – 1/novembre/2011