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Prodotti Emblematici
Ricerca di Sistema elettrico
Febbraio 2016
Riassumere i risultati di tre anni di attività di ricerca nello spazio di poche
righe non è cosa facile. Il paniere è certamente ricco, come risulta dai 467
rapporti scientifici pubblicati in rete e dalle 991 comunicazioni scientifiche
apparse su riviste specializzate o presentate a convegni dedicati. Eppure, da
questi numeri, pur significativi, non emerge pienamente la valenza applicativa
del lavoro di RSE, ovvero la nostra capacità di fornire risposte concrete e
innovative alle esigenze degli stakeholder.
È per questo che abbiamo scelto di selezionare, all’interno di quel paniere,
25 Prodotti Emblematici, in grado di fotografare i più significativi risultati
delle attività di Ricerca di Sistema svolte da RSE nel periodo 2012-2014.
Gli “emblematici” si caratterizzano proprio per un’alta valenza applicativa,
hanno uno spettro di possibili beneficiari molto vasto - le istituzioni,
le pubbliche amministrazioni, la comunità scientifica, gli operatori del settore
energia, i grandi utilizzatori, le associazioni delle categorie produttive
e i consumatori finali - e tangibili ricadute positive sul sistema
elettroenergetico nel suo complesso.
I prodotti delle ricerche illustrati in questa pubblicazione hanno natura assai
diversa, comprendendo sia prototipi software (modelli, data-base, sistemi
geografici informativi, codici di calcolo) sia dimostratori hardware
(apparecchiature, strumenti, sensori e sistemi di monitoraggio) sia anche studi
ed elaborazioni su tematiche applicative di interesse per il nostro sistema
elettrico.
I Prodotti Emblematici qui descritti coprono anche vari livelli di technology
readiness - cioè di distanza (o prossimità) dalla fase applicativa - e sono
caratterizzati da differenti gradi di complessità (e correlato impegno
intellettuale ed economico).
Lungi dal rappresentare un’esauriente analisi di tutto ciò che è stato oggetto
di lavoro in questi anni, essi vogliono fornire un colpo d’occhio delle attività
svolte dalla Società e testimoniano comunque le caratteristiche del lavoro di
RSE e la nostra capacità di lavorare sempre con una vera logica di sistema.
Stefano Besseghini
presidente e amministratore delegato RSE
AREA
PROGETTI RDS 2012-2014 E RELATIVI PRODOTTI EMBLEMATICI
Governo, gestione
EVOLUZIONE E SVILUPPO DEL SISTEMA ELETTRICO NAZIONALE
e sviluppo del sistema
ISAP – Piattaforma per la valutazione della sicurezza di esercizio delle reti di trasmissione
elettrico nazionale
WILD WOLF – Sistema integrato di previsione e monitoraggio della formazione di
ghiaccio sui conduttori elettrici
GRIDSIM+ – Tool modellistici per la pianificazione di reti con forte presenza di
generazione da fonti rinnovabili
FLOODRISK – Strumento per la valutazione del rischio da cedimenti strutturali di dighe
o da inondazioni naturali
GASPARE – GIS a supporto della pianificazione della rete elettrica
TRASMISSIONE E DISTRIBUZIONE DELL’ENERGIA ELETTRICA
MonNaLiSA – Sistema nazionale di monitoraggio della qualità della tensione
MORGANA – Strumenti per la modellistica multiscala della scarica elettrica
GENERAZIONE DISTRIBUITA E RETI ATTIVE
CIMGRID – Traduttore di rappresentazioni di reti di distribuzione conformi allo standard CIM
ICAM – Algoritmo di controllo inverter per il funzionamento in isola intenzionale di una
microrete
APRES-PV – Sistema di previsione della producibilità oraria per impianti fotovoltaici
CONSYS-PV – Algoritmo di controllo per un sistema di accumulo connesso ad un
impianto fotovoltaico con funzioni di supporto alla rete
ACCUMULO DI ENERGIA ELETTRICA
PlaNa – Monocella batteria sodio–beta a configurazione planare
Produzione
ENERGIA ELETTRICA DA BIOMASSE
di energia elettrica
BioMet-UP – Impianto ad alta efficienza per l’upgrade del biogas a biometano
e protezione
MIMOEMI – Centro di competenza per la misura e il monitoraggio delle emissioni da
dell’ambiente
impianti a combustione di biomasse e rifiuti
ENERGIA ELETTRICA DA FONTE EOLICA E DA FONTE MARINA
WaveSAX – Sistema modulare innovativo per la generazione d’energia elettrica da moto
ondoso
MOBI – Stazione anemometrica offshore su boa galleggiante
ENERGIA ELETTRICA DA FONTE SOLARE
CPVhigh – Modulo fotovoltaico innovativo a concentrazione
ENERGIA ELETTRICA DA FONTI GEOTERMICHE
GeoWebGIS – GIS per la gestione di informazioni geologiche atte a caratterizzare il
sottosuolo a fini energetici
GeoSIAM – Sistema integrato di analisi geomodellistica
Razionalizzazione
RISPARMIO DI ENERGIA ELETTRICA NEI SETTORI CIVILE, INDUSTRIALE E SERVIZI
e risparmio nell’uso
E3 – Centro di competenza per l’efficienza energetica negli edifici
dell’energia elettrica
Smartainability® – Metodologia di valutazione della sostenibilità di soluzioni per smart city
UTILIZZAZIONE DEL CALORE SOLARE E AMBIENTALE PER LA CLIMATIZZAZIONE
SINCLER – Sistema integrato di climatizzazione efficiente rinnovabile
METESCO – Sistema innovativo di solar cooling a media temperatura a ciclo chiuso
MOBILITÀ ELETTRICA
LIME – Laboratorio per l’interoperabilità della mobilità elettrica con le smart grid
NEOMAG – Processo di recupero di neodimio da magneti
#Security&Resilience
#Planning&Operation
ISAP
Piattaforma
per la
valutazione
della sicurezza
di esercizio
delle reti
di trasmissione
CONTESTO
L’esercizio di un sistema elettrico è caratterizzato oggi da variabilità, volatilità
e incertezza delle condizioni operative maggiori rispetto al passato, a causa
della penetrazione di fonti rinnovabili non programmabili e dei meccanismi del
mercato elettrico. La sicurezza è valutata mediante complesse analisi di
stabilità statica e dinamica di fenomeni che evolvono su differenti scale
temporali (situazioni di regime permanente, dinamiche lente, veloci).
In questa situazione, i Gestori delle Reti di Trasmissione (Transmission System
Operator, TSO) evidenziano l’importanza di identificare tempestivamente
situazioni a rischio di disservizio, anche associati ad eventi meteorologici
estremi, e le loro potenziali conseguenze in termini di instabilità e scatto in
cascata di collegamenti (cascading). Occorre quindi disporre di metodi e funzioni
avanzate per la valutazione della sicurezza, che consentano anche di elaborare
ed integrare i risultati di analisi parziali.
Al momento tuttavia non sono commercialmente disponibili piattaforme per
analisi della sicurezza del sistema con le caratteristiche indicate, e per questo
RSE ha ritenuto opportuno disporre di un ambiente di prototipizzazione rapida
per implementare, sperimentare e comparare i risultati di tali funzioni con
quelle convenzionali.
PRODOTTO
Area
Governo, gestione
e sviluppo del sistema
elettrico nazionale
Progetto
Evoluzione
e sviluppo del sistema
elettrico nazionale
ISAP – Integrated Security Assessment Platform è una piattaforma software per
l’integrazione e l’utilizzo coordinato di funzioni per la valutazione della
sicurezza statica e dinamica, basate sia su metodi di analisi deterministiche
classiche che su metodi probabilistici per la valutazione di indici di rischio.
ISAP è implementata in ambiente Matlab e può interfacciarsi con moduli e
librerie esterne mediante opportune Application Program Interface (API).
L’architettura comprende un database dei dati di rete, un generatore di scenari
e contingenze, e un insieme di funzioni di valutazione di sicurezza.
ISAP consente di importare dati statici di rete e di generare nuovi scenari a
partire dai modelli delle incertezze previsionali dei generatori da fonte
rinnovabile e dei carichi. La piattaforma genera inoltre set di contingenze
singole e multiple (anche dipendenti) a partire sia da specifiche indicazioni di
porzioni di rete, sia da modelli probabilistici delle minacce e delle vulnerabilità
dei componenti. I set di contingenze vengono poi analizzati mediante le
funzioni di valutazione di sicurezza (Application Function – AF) integrate nella
piattaforma.
L’interfaccia utente (Human Machin Interface – HMI) consente di visualizzare i
risultati delle AF e di controllare gli stati dei processi. In particolare, ISAP rende
disponibili funzioni di Static Security Assessment (SSA), Dynamic Security
Assessment (DSA) e Small-Signal Stability Assessment (SSSA) che effettuano il
calcolo di indici sintetici di sicurezza con lo scopo di segnalare i risultati salienti
e le contingenze più pericolose (contingency ranking). Tali funzioni si basano su
motori di calcolo sia statici sia dinamici, implementando metodologie
innovative tra le quali si segnalano in particolare:
analisi unificata (Unified Analysis – UAN) che permette di sintetizzare i risultati
di diverse analisi in termini di tempo critico all’instabilità, un indicatore
“globale” di sicurezza significativo per gli operatori di sala controllo;
metodi di valutazione probabilistica del rischio di esercizio (Probabilistic Risk Assessment – PRA);
calcolo probabilistico della Net Transfer Capacity (NTC) tra aree contigue di rete tenendo conto delle incertezze
previsionali.
Nelle funzioni di analisi PRA sono definiti indici di rischio di esercizio, in cui la probabilità della contingenza è
combinata con valutazioni di severità. Questa è definita come funzione delle violazioni delle grandezze operative
nel regime post-contingenza oppure del carico disalimentato al termine di eventuali processi di cascading (valutati
anche tramite alberi di eventi).
L’analisi PRA parte da modelli di minacce e vulnerabilità e tiene conto di aspetti ICT (Information and
Communication Technology).
Architettura di ISAP.
Contingency
and Probability builder
HMI
Scenario
builder
SSA
Application functions (AF)
DSA
PRA
SSSA
Simulation engines
Load Flow
T-D Simulation
Data repository
UTILIZZO DEL PRODOTTO
La piattaforma ISAP è uno strumento rivolto alle funzioni di ingegneria dei TSO che svolgono valutazioni di
sicurezza di esercizio in fase di programmazione, in linea o a consuntivo.
ISAP può essere utilizzata anche per scopi di ricerca, per sperimentare modalità di analisi di sicurezza non
convenzionali in condizioni di esercizio simulato.
La piattaforma è arricchita e completata da numerose applicazioni e funzionalità, e ha costituito l’ambiente di
riferimento per l’implementazione delle funzioni di valutazione del rischio di esercizio nel progetto EU FP7 AFTER.
BIBLIOGRAFIA
E. Ciapessoni, D. Cirio, S. Grillo, S. Massucco, A. Pitto, F. Silvestro, An Integrated Platform for Power System
Security Assessment Implementing Probabilistic and Deterministic Methodologies, IEEE Systems Journal, Vol. 7, No.
4, Dec. 2013, pp. 845–853
E. Ciapessoni, D. Cirio, A. Pitto, M. Sforna, An Integrated Framework For Power And ICT System Risk-Based Security
Assessment, Int. Journal of Engineering Research and Applications (IJERA), ISSN 2248-9622, Vol. 4, Issue 1
(Version 4), January 2014, pp.42-51
C. Brasca, E. Ciapessoni, D. Cirio, A. Pitto, Modelli probabilistici di simulazione del sistema elettrico per la
valutazione integrata del rischio di esercizio, RSE, Rapporto RdS 14001783, 28 febbraio 2014
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero
dello Sviluppo Economico – D.G. Nucleare,
Energie rinnovabili ed efficienza energetica
– in ottemperanza al DM, 8 marzo 2006.
Ricerca sul Sistema Energetico – RSE S.p.A.
Via Rubattino, 54 - 20134 Milano
Tel. 02 39921 - Fax 02 3992 5370
www.rse-web.it
#Security&Resilience
#Planning&Operation
WILD WOLF
Sistema
integrato
di previsione
e monitoraggio
della formazione
di ghiaccio
sui conduttori
elettrici
CONTESTO
Alcuni fenomeni meteorologici rendono vulnerabili le infrastrutture di
trasmissione dell’energia e creano difficoltà nella gestione in sicurezza del
sistema elettrico. Il più pericoloso tra questi è il fenomeno delle nevicate
umide (wet-snow). Si tratta di una particolare condizione di nevicata in cui
l’accumulo al suolo si verifica con una temperatura dell’aria compresa tra 0 e
+2 °C, con fiocchi che presentano un elevato contenuto liquido e una forte
capacità adesiva nei confronti dei conduttori elettrici. Queste particolari
condizioni innescano attorno al conduttore la formazione di manicotti di neve
che possono raggiungere un peso superiore ai 20 kg/m e portare allo
snervamento o alla rottura dei conduttori, e persino al cedimento di tralicci o
pali di sostegno, specie se al peso del manicotto si aggiunge anche il carico
dinamico dovuto all’azione di forti venti. In Italia i danni prodotti da questo
fenomeno sul sistema elettrico superano i 200 milioni di euro, calcolati come
somma dei danni alle infrastrutture e degli indennizzi che contrattualmente
sono previsti per l’utenza se i disservizi si prolungano oltre i tempi stabiliti.
Peraltro, l’analisi di dettaglio degli eventi meteorologici nevosi indica che il
numero annuo di nevicate di tipo wet è in costante aumento.
I Gestori (TSO e DSO), per poter adottare strategie di esercizio opportune,
necessitano di informazioni meteorologiche preventive e specializzate: una
previsione meteorologica tradizionale infatti non seleziona, ad esempio, il tipo
di nevicata.
PRODOTTO
Area
Governo, gestione
e sviluppo del sistema
elettrico nazionale
Progetto
Evoluzione
e sviluppo del sistema
elettrico nazionale
Il prodotto WILD WOLF risponde a questa esigenza, segnalando ai Gestori
situazioni di rischio da wet snow, con l’obiettivo di ridurre il disagio finale alle
utenze attraverso strategie di mitigazione attiva e preventiva. WILD WOLF
accoppia il sistema WOLF (Wet-snow Overload aLert and Forecasting) e la stazione
WILD (Wet-snow Ice Laboratory Detection).
WOLF è un sistema unico in Europa nel suo genere, che va oltre una generica
previsione di nevicata ed è in grado di fornire i carichi di manicotto previsti
sull’intera rete elettrica nazionale di alta e media tensione. Coniuga un modello
di previsione meteorologica ad alta risoluzione, operativo presso RSE, con un
modello di accrescimento di manicotto per nevicate umide riconosciuto a livello
internazionale, e fornisce previsioni di sovraccarico fino a +72 ore dalla data di
emissione, considerando anche la spinta dinamica del vento previsto. WOLF
fornisce anche la stima della corrente necessaria a mantenere una linea
elettrica libera da formazioni di manicotto sulla base delle condizioni
meteorologiche previste, nota come corrente di anti-icing, supportando gli
operatori nell’adozione di strategie di mitigazione attiva. La risoluzione
spaziale con cui le informazioni sono disponibili è di circa 5 km e la cadenza di
aggiornamento della previsione è giornaliera.
WILD è una stazione sperimentale che opera in sinergia col sistema WOLF dalla
fine del 2013.
La stazione WILD, installata nel comune di Vinadio (CN), è l’unica in Italia
interamente dedicata allo studio della wet-snow ed è stata realizzata con lo
scopo di acquisire le misure necessarie alla verifica e al tuning dei modelli di
accrescimento e di anti-icing di WOLF in un ambiente di prova reale.
Presso la stazione WILD è possibile condurre sperimentazioni di diversa tipologia: di raccolta dati meteorologici, di
accrescimento del manicotto, di verifica di azioni di anti-icing, ed infine di monitoraggio qualitativo degli
accrescimenti passivi su conduttori tradizionali ed innovativi.
Stazione WILD – alcune sperimentazioni in atto.
UTILIZZO DEL PRODOTTO
Attraverso WOLF i Gestori delle reti di trasmissione e di distribuzione hanno la possibilità di valutare in anticipo lo
sviluppo di un potenziale rischio di esercizio per la rete elettrica.
La fruibilità delle informazioni prodotte da WOLF avviene attraverso il sito web dedicato che RSE mette a
disposizione degli operatori elettrici durante l’inverno, con l’aggiornamento giornaliero delle previsioni e
l’emissione di SMS di allerta destinati ai referenti operativi di esercizio.
La capacità di WILD di aggregare automaticamente misure meteorologiche anche non convenzionali, misure di
accrescimento di manicotto, di anti-icing, documentazione fotografica di eventi nevosi e degli effetti su materiali
in test, costituisce anche una piattaforma ideale presso la quale studiare soluzioni di mitigazione attiva e passiva
dei fenomeni di manicotto.
WOLF può essere personalizzato e adattato alle esigenze di operatori diversi, anche fuori dall’Italia, e ovunque la
problematica della wet-snow rappresenti una criticità per il trasporto dell’energia elettrica.
In questo ambito possono essere inclusi anche i gestori dei sistemi di trasporto elettrico e l’informazione prodotta
può essere facilmente fruibile attraverso sistemi di tipo webGIS personalizzati.
BIBLIOGRAFIA
M. Lacavalla, P. Marcacci, Wet-snow accretion on Overhead Lines. The RSE response to harmful winter black-outs in
Italy, IWAIS 2013, Canada
M. Lacavalla, P. Marcacci, A. Freddo, Wet-snow activity research in Italy, IWAIS 2015, Uppsala Sweden
M. Lacavalla, P. Marcacci, A. Frigerio, Forecasting and monitoring wet-snow sleeve on overhead power lines in Italy,
2015 IEEE Workshop on Environmental, Energy, and Structural Monitoring Systems (EESMS 2015).Trento – Italy
M. Lacavalla, P. Marcacci, Previsione, monitoraggio e mitigazione della formazione di ghiaccio
sulle linee elettriche aeree, RSE, Rapporto RdS 15000295, Febbraio 2015
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero
dello Sviluppo Economico – D.G. Nucleare,
Energie rinnovabili ed efficienza energetica
– in ottemperanza al DM, 8 marzo 2006.
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#Renewables
#Planning&Operation
GRIDSIM+
Tool modellistici
per la
pianificazione
di reti con forte
presenza di
generazione da
fonti rinnovabili
CONTESTO
La realizzazione di nuove infrastrutture di trasmissione incontra sempre più
spesso opposizioni e difficoltà nella fase autorizzativa. La fase di pianificazione
dello sviluppo della rete di trasmissione deve quindi essere supportata da
strumenti di simulazione che forniscano informazioni dettagliate
sull’adeguatezza del sistema esistente e che dimostrino i vantaggi che le nuove
opere possono apportare al sistema elettrico nel suo complesso.
Tali strumenti, rispetto al passato, devono risolvere problemi di calcolo più
onerosi e complessi, sia per effetto della sempre più elevata penetrazione di
fonti rinnovabili non programmabili, quali solare ed eolico, nonché
dell’estensione del perimetro di riferimento, il più delle volte trans-nazionale.
Il ricorso a tali strumenti permette di valutare quale filosofia di sviluppo
adottare per il sistema di trasmissione, mettendo a confronto i nuovi
collegamenti punto-punto ad altissima tensione (le cosiddette electricity
highways) con i più tradizionali rinforzi delle interconnessioni già esistenti.
Dal punto di vista regolatorio, l’utilizzo degli strumenti di simulazione è
propedeutico ad una analisi costi-benefici delle alternative di investimento, da
effettuarsi in sede di presentazione dei piani di sviluppo della rete di
trasmissione, sia a livello nazionale che internazionale.
Il prodotto integrato qui descritto propone software di simulazione avanzati
che, tenendo conto dei fattori sopra citati, possono fornire supporto all’attività
di pianificazione di reti complesse.
PRODOTTO
Area
Governo, gestione
e sviluppo del sistema
elettrico nazionale
Progetto
Evoluzione
e sviluppo del sistema
elettrico nazionale
GRIDSIM+ è una raccolta di strumenti sviluppati da RSE per la simulazione
ottima di un sistema composito di generazione e trasmissione.
Esso è costituito dai programmi di calcolo MTSIM+ e REMARK+, particolarmente
idonei a rappresentare la non predicibilità della generazione da fonte eolica o
solare mediante metodologie probabilistiche.
Da un punto di vista strutturale i due tools sono costituiti da un modello di
ottimizzazione che simula l’esercizio ottimo, inserito in un ciclo Monte Carlo
avente la funzione di estrarre un campione variegato di variabili aleatorie
(indisponibilità dei componenti e produzione eolica e fotovoltaica) per
descrivere al meglio le possibili condizioni al contorno del modulo di
ottimazione, che a sua volta è dotato di un modello adeguato del sistema di
generazione (impianti termoelettrici, idroelettrici, eolici e fotovoltaici) ed un
modello lineare ma dettagliato del sistema di trasmissione.
Naturalmente GRIDSIM+ permette di considerare nelle attività di simulazione
anche il ricorso alle più recenti tecnologie, quali ad esempio i FACTS (Flexible
Alternating Current Transmission Systems) oppure l’utilizzo della trasmissione in
HVDC (High Voltage Direct Current), soluzione con la quale negli ultimi anni sono
realizzate un numero crescente di interconnessioni.
REMARK+ è un simulatore pensato per l’analisi di sistemi nodali di grandi
dimensioni e, come tale, può essere proficuamente utilizzato per svolgere
tipiche analisi di pianificazione di rete, quali:
stima del costo totale di dispacciamento di sistema e della sua riduzione a
seguito della messa in servizio di nuovi collegamenti;
analisi di collegamenti critici ed individuazione dell’espansione di rete
ottimale ai fini della riduzione del costo di dispacciamento;
analisi costi-benefici di un nuovo investimento di rete;
▪▪
▪▪
▪▪
dell’effetto delle caratteristiche di intermittenza della generazione non programmabile sul sistema
▪▪analisi
elettrico;
del pattern di utilizzo di sistemi di grande accumulo posti sulla rete di trasmissione (bacini idroelettrici e
▪▪analisi
di pompaggio).
Nondimeno, REMARK+ è anche in grado di fornire indicazioni relative all’impatto sulla rete di nuovi impianti di
generazione.
MTSIM+ è invece un simulatore pensato per l’analisi di sistemi di trasmissione rappresentati tramite zone
elettriche. Rispetto a REMARK+ è più flessibile nel considerare vincoli complessi ed implementa anche vincoli di
demand side management che permettono l’analisi della flessibilità della domanda. Usato in modalità planning,
permette di analizzare il migliore trade-off tra extra costi di installazione di nuove infrastrutture e riduzione di
costo di dispacciamento su tutti i corridoi di trasmissione di una data rete. Inoltre permette, mediante un
algoritmo di game theory incorporato nel codice, di valutare l’effetto dell’esercizio di potere di mercato da parte
degli operatori dominanti.
GridTech pan-European zonal model 2030.
HVDC back-to-back
HVDC corridor
HVAC corridor
external flows
potential HVDC corridor
extra HVDC needed reinforcement corridor
potential external flows
UTILIZZO DEL PRODOTTO
Prodotti quali REMARK+ ed MTSIM+ sono la piattaforma ideale per svolgere studi di pianificazione in presenza di
forte penetrazione di produzione da fonti rinnovabili, tipici delle attività dei Gestori di Rete, ma impiegabili anche
a supporto delle attività svolte dai regolatori e dalle agenzie governative o comunitarie.
I due strumenti differiscono principalmente in funzione del tipo di analisi a cui sono dedicati: MTSIM+ è indirizzato
ad analisi di mercato e di interconnessioni mentre REMARK+ è funzionale ad analisi di adeguatezza della
generazione e della trasmissione.
REMARK, predecessore di REMARK+, è stato utilizzato in diversi studi sia per progetti europei (REALISEGRID,
TWENTIES) che per studi internazionali svolti per clienti terzi (studio per MedGrid sul corridoio di importazione di
energia dall’Africa).
MTSIM, predecessore di MTSIM+ è stato utilizzato ad oggi in progetti Europei (SUSPLAN, GridTech).
BIBLIOGRAFIA
M.V. Cazzol, G. Ceresa, S. Rossi, REMARK+ e MTSIM+: due strumenti avanzati per gli studi sulla rete elettrica, RSE,
Rapporto RdS 15000119, marzo 2015
R. Calisti, M. V. Cazzol, F. Careri, A. L’Abbate, Analisi di medio termine sui sistemi elettrici sardo e nazionale in
presenza di un forte incremento della generazione da fonte rinnovabile intermittente: impatto di nuovi sistemi di
accumulo (impianto di Foxi Murdegu) e di trasporto (SACOI3), RSE, Rapporto RdS, 15000123, marzo 2015
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero
dello Sviluppo Economico – D.G. Nucleare,
Energie rinnovabili ed efficienza energetica
– in ottemperanza al DM, 8 marzo 2006.
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#Security&Resilience
#Renewables
FLOODRISK
Strumento per
la valutazione
del rischio
da cedimenti
strutturali
di dighe
o da inondazioni
naturali
CONTESTO
La gestione del rischio ed il mantenimento in sicurezza ed efficienza del
patrimonio esistente di infrastrutture idroelettriche sono aspetti che hanno oggi
una rilevanza crescente, se si tiene conto dell’età del patrimonio di dighe
italiane.
Peraltro l’intensificarsi della frequenza degli eventi alluvionali naturali, a causa
dei cambiamenti climatici in atto, ha indotto il Parlamento ed il Consiglio
d’Europa all’emanazione della Direttiva 2007/60/CE relativa alla valutazione ed
alla gestione dei rischi di alluvioni, attuata in Italia con il D.Lgs. 23 febbraio
2010 n. 49. Secondo tale Decreto, le Autorità di bacino distrettuali sono
chiamate a predisporre e a mantenere aggiornati i piani di gestione del rischio
di alluvioni. I criteri e i metodi per la redazione e l’aggiornamento di tali piani
devono fornire indicazioni sul rischio idraulico, individuando le aree inondabili e
stimando le conseguenze per la popolazione, i beni ambientali e storici, le
attività economiche e le infrastrutture strategiche. La stima delle conseguenze
di un ipotetico dam-break è quindi un elemento essenziale della valutazione del
rischio e fornisce una misura oggettiva per confrontare diverse situazioni e
stabilire la priorità di interventi di rinforzo e manutenzione.
PRODOTTO
Area
Governo, gestione
e sviluppo del sistema
elettrico nazionale
Progetto
Evoluzione
e sviluppo del sistema
elettrico nazionale
Lo strumento software FLOODRISK è un plug-in sviluppato da RSE e messo a
disposizione nella piattaforma Quantum GIS (QGIS) che consente la stima delle
conseguenze in termini di perdita di vite umane e di danni economici, di eventi
alluvionali e di dam-break, permettendo di integrare, in un unico ambiente
open source, informazioni territoriali e socio-economiche e modelli idraulici atti
a definire le aree inondabili a seguito degli eventi sopra citati.
Per la valutazione delle perdite di vite umane, FLOODRISK mette a disposizione
due metodologie: la prima proposta dal US Department of Homeland Security
(DHS) e la seconda elaborata nel progetto Europeo SUFRI. Entrambe le
metodologie valutano la perdita di vite umane come prodotto della densità di
popolazione (ottenuta dalle mappe ISTAT di censimento) per un coefficiente che
definisce il tasso di mortalità (fatality rate). Tale coefficiente può tener conto
della presenza di azioni di prevenzione del rischio. Per l’applicazione di queste
metodologie è richiesto uno studio preliminare con un modello idraulico per
definire la mappa delle zone inondate con i vari tempi di preavviso.
Per la stima delle conseguenze economiche, FLOODRISK applica invece una
metodologia che ricava le perdite in funzione delle massime altezze d’acqua
dovute all’inondazione. Questo approccio richiede la definizione di curve di
vulnerabilità (depth-damage curves) le quali esprimono la percentuale di danno
subita dalle varie tipologie di beni in funzione dell’altezza d’acqua.
Moltiplicando la percentuale di danno per il valore unitario dei beni si ottiene il
danno in valore assoluto.
I moduli di calcolo (Core) del plug-in sono stati applicati ad un caso studio
presentato al 12th ICOLD International Benchmark Workshop on Numerical
Analysis of Dams, Graz (Austria) nel 2013, dove i formulatori del Benchmark
hanno trovato buon accordo dei risultati ottenuti rispetto a quelli di altri
partecipanti internazionali, i quali hanno utilizzato metodi e software diversi.
Mappa di una simulazione delle aree inondate e della densità di popolazione.
UTILIZZO
FLOODRISK è il terzo strumento sviluppato da RSE nell’ambito della gestione della risorsa idroelettrica. Si affianca
infatti ad HALTFLOOD, che supporta la gestione dinamica dei grandi invasi idroelettrici durante eventi di piena, e a
PREVIFLOW che permette la previsione della produzione degli impianti ad acqua fluente.
L’utilizzo e l’applicazione di FLOODRISK consente invece il confronto di diversi stati di rischio, di stabilire una
classifica del rischio ed un eventuale ordine di priorità per gli interventi di miglioramento delle condizioni di
sicurezza. Lo strumento è quindi di particolare interesse per le autorità preposte alla prevenzione del rischio
idraulico, per gli enti di governo del territorio, e per i responsabili della sicurezza delle opere e dei bacini
idroelettrici.
Alla sua prima presentazione pubblica avvenuta al convegno FOSS4G Europe Como 2015, FLOODRISK ha riscosso
l’immediato interesse di enti di tutela e controllo del territorio italiano.
BIBLIOGRAFIA
US Departement of Homeland Security (DHS). Dams Sector. Estimating Loss of Life for Dam Failure Scenarios, 2011
SUFRI Methodology for pluvial and river flooding risk assessment in urban areas to inform decision-making.
2nd ERA-NET CRUE Research Funding Initiative Flood resilient communities – managing the consequences of
flooding. Report, Luglio 2011
L. Mancusi, A. Sole, A. Cantisani, L. Giosa, R. Albano, Risk assessment for hypothetical dam break – A method for
the rapid and consistent evaluation. 12th ICOLD International Benchmark Workshop on Numerical Analysis of
Dams, Graz (Austria), 2-3 October 2013
L. Mancusi, R. Albano, Lo strumento FloodRisk per la valutazione delle conseguenze delle inondazioni, RSE,
Rapporto RdS 15000292, Febbraio 2015
L. Mancusi, R. Albano, A. Sole, FloodRisk: a QGIS plugin for flood consequences estimation, Convegno Geomatics
Workbooks n° 12 – FOSS4G Europe, Como 2015
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero
dello Sviluppo Economico – D.G. Nucleare,
Energie rinnovabili ed efficienza energetica
– in ottemperanza al DM, 8 marzo 2006.
Ricerca sul Sistema Energetico – RSE S.p.A.
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#Sustainability
#Planning&Operation
GASPARE
GIS a supporto
della
pianificazione
della rete
elettrica
CONTESTO
Negli ultimi anni, lo studio degli aspetti ambientali e sociali nella valutazione
dei progetti di sviluppo della rete elettrica è diventato sempre più importante:
la comprensione dei meccanismi che determinano l’accettabilità sociale di
nuove linee di trasmissione e distribuzione attraverso il coinvolgimento delle
parti interessate è diventato ormai un aspetto fondamentale.
Allo stato attuale uno degli aspetti che viene percepito come maggiormente
problematico nell’accettazione di nuove infrastrutture di rete è rappresentato
dalla difficoltà di confrontare impatti e benefici che si esercitano su differenti
scale spaziali e temporali e nei confronti di diversi portatori di interessi. Ciò è
riconosciuto come un fattore che limita l’accettabilità pubblica delle nuove
infrastrutture di rete e ne ostacola la realizzazione. In questo ambito, la
Commissione Europea ha adottato il 19 ottobre 2011 una proposta di
regolamento (definitivamente approvato nel 2013 dal Parlamento Europeo,
347/2013) sulle linee guida per infrastrutture energetiche trans-europee, in cui
viene introdotto un regime di priorità per i Progetti di Comune Interesse (PCI).
PRODOTTO
Area
Governo, gestione
e sviluppo del sistema
elettrico nazionale
Progetto
Evoluzione
e sviluppo del sistema
elettrico nazionale
In questo contesto RSE ha sviluppato lo strumento GASPARE (Gis A Supporto
della PiAnificazione della Rete Elettrica) per la valutazione degli impatti di tipo
ambientale e sociale che fornisce una rappresentazione utile a eventuali
confronti tra le principali parti interessate.
Diversi approcci, tra cui l’Analisi Costi Benefici (ACB) e l’Analisi Multi Criteri
(AMC) possono essere infatti utilizzati per affrontare il dibattito
sull’accettabilità sociale, ma in ogni caso essa dipende fondamentalmente dalle
interazioni tra infrastruttura e territorio e la loro valutazione richiede, perciò,
un supporto geografico che permetta di evidenziare le reciproche relazioni
spaziali.
Il prodotto GASPARE propone a tale scopo una serie di metodologie di
valutazione, tutte basate su di uno strumento GIS che permette di svolgere
l’analisi e di restituirne visivamente i risultati attraverso una rappresentazione
geografica.
L’ambiente GIS utilizzato per le valutazioni dei parametri territoriali è il
software Open Source Quantum GIS, che consente di effettuare operazioni di
geoprocessing su dati territoriali, di effettuare le elaborazioni di interesse e di
produrre mappe con la rappresentazione dei risultati.
Per lo svolgimento delle analisi, il prodotto dispone di due moduli distinti che
permettono di confrontare impatti e benefici (ACB e AMC): SESAMO-GIS ed
ECOPOL.
Il primo modulo ha per oggetto il confronto di possibili tracciati di progetti
alternativi di interconnessione integrando il risultato di elaborazioni
cartografiche nello strumento di Analisi Multicriteri SESAMO, sviluppato in
passato da RSE nell’ambito della RdS.
L’integrazione avviene grazie ad una serie di indicatori selezionati ed
organizzati appositamente per le peculiarità delle problematiche della
pianificazione delle linee AT. Una volta completata l’AMC in SESAMO, il modulo
permette di rappresentare il risultato dell’analisi attraverso una mappa con le
alternative tematizzate.
Il secondo modulo permette invece il calcolo dei costi esterni delle linee elettriche di alta tensione. In particolare
l’applicazione ha per oggetto le esternalità indotte dagli impatti sul paesaggio; la scelta è stata dettata da un lato
dalla rilevanza di tali impatti sul totale dei costi esterni delle linee di alta tensione, dall’altro dalle grandi
difficoltà tecniche e dalle risorse economiche che richiedono gli studi di valutazione economica degli impatti su
questa componente.
UTILIZZO DEL PRODOTTO
Lo strumento GASPARE, che è stato applicato ed affinato nell’ambito di alcuni progetti europei di cooperazione
interterritoriale (SHARE, SEE-HYDROPOWER), può essere utilizzato dalle strutture tecniche delle Pubbliche
Amministrazioni che hanno il compito di valutare la pianificazione dello sviluppo della rete elettrica e che sono
responsabili del processo decisionale di approvazione dei nuovi progetti di rete, gestendo il confronto tra le
diverse parti interessate.
Da questo punto di vista, esso può essere usato specularmente dall’operatore di trasmissione di rete a supporto
dell’elaborazione del piano di sviluppo della rete di trasmissione.
In generale, GASPARE può comunque essere usato da tutti quei soggetti (associazioni ambientaliste, CSO
-organizzazioni della società civile – dedicate alla tutela del paesaggio) interessati a partecipare attivamente ai
processi decisionali dello sviluppo della rete.
BIBLIOGRAFIA
P. Girardi, S. Maran, 2012, Linee elettriche e territorio: esternalità in aree rurali e urbane, AEIT n. 6 (giugno), p. 6
F. Grasso, S. Maran, 2012, SESAMO SHARE ver 3.0 – User Manual, Deliverable of the project SHARE – Sustainable
Hydropower in Alpine Rivers Ecosystems (http://www.arpa.vda.it/en/acque-superficiali/gestione-sostenibile/
attivita-e-progetti/share)
T. Tempesta, D. Vecchiato, P. Girardi, 2014, The landscape benefits of the burial of high voltage power lines: A
study in rural areas of Italy, Landscape and Urban Planning, 126, p. 53
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero
dello Sviluppo Economico – D.G. Nucleare,
Energie rinnovabili ed efficienza energetica
– in ottemperanza al DM, 8 marzo 2006.
Ricerca sul Sistema Energetico – RSE S.p.A.
Via Rubattino, 54 - 20134 Milano
Tel. 02 39921 - Fax 02 3992 5370
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#Grid&Components
MonNaLiSA
Sistema
nazionale
di monitoraggio
della qualità
della tensione
CONTESTO
Negli ultimi anni si è registrato a livello mondiale un aumento significativo del
numero di sistemi di monitoraggio della Power Quality.
Il monitoraggio della tensione e della corrente fornisce infatti informazioni utili
agli operatori di rete sulle prestazioni dei loro sistemi elettrici, a livello sia
globale, sia locale, fino al singolo Cliente connesso. Tali informazioni sono ancor
più indispensabili a fronte dell’esigenza degli Organismi di regolazione nazionali
di disporre di informazioni sul livello di qualità delle reti, rese disponibili dagli
Operatori dei Sistemi di Trasmissione e Distribuzione (TSO e DSO).
A partire dall’esperienza pluriennale di RSE nell’ambito della Ricerca di
Sistema, maturata con la messa a punto del sistema di monitoraggio della
qualità della tensione QuEEN (Qualità dell’Energia Elettrica) e con le attività di
analisi statistica dei dati, l’Autorità per l’Energia Elettrica, il Gas e il Sistema
Idrico ha attivato un processo di consultazione sfociato nell’emissione della
Delibera ARG/elt 198/11 del 29/12/2011. Sulla base della delibera, i
Distributori hanno avviato il monitoraggio della qualità della tensione di tutte le
semisbarre MT delle cabine primarie di propria competenza.
È stato inoltre istituito un Tavolo di lavoro, coordinato da RSE, cui partecipano,
direttamente o tramite la rappresentanza di Utilitalia, i Distributori e Terna.
Nell’ambito dell’attività del Tavolo di lavoro è stata redatta la specifica
funzionale delle apparecchiature del sistema ed è stata definita la struttura dei
dati monitorati.
PRODOTTO
Area
Governo, gestione
e sviluppo del sistema
elettrico nazionale
Progetto
Trasmissione e distribuzione
dell’energia elettrica
In vista della disponibilità del sistema di monitoraggio nazionale da parte dei
Distributori, RSE ha provveduto a realizzare, su incarico dell’Autorità,
l’applicazione web MonNaLiSA, sistema super partes di analisi e rendicontazione
dei buchi di tensione registrati dal monitoraggio nazionale.
Il sistema MonNaLiSA (Monitoraggio Nazionale a Livello di Stazione AT/MT) è
costituito da un database che viene popolato annualmente con i dati inviati dai
Distributori e da un applicativo web, facente parte del portale aziendale RSE,
cui accedono, con diverse tipologie di profilo utente, l’Autorità e i singoli
Distributori. Il portale mette a disposizione dell’Autorità le tabelle annuali tipo
CEI EN 50160 dei buchi di tensione registrati, valutati per origine (AT, MT, tutti)
e a livello di:
ciascun distributore;
totale nazionale;
regione;
provincia;
semi-sbarra.
Per ognuna di queste aggregazioni sono forniti anche indici sintetici di
prestazione della rete ai buchi di tensione contando gli eventi che cadono fuori
dalle zone di immunità per le apparecchiature di Classe 2 e Classe 3.
I Distributori hanno a disposizione le stesse tipologie di aggregazione dei dati
sopra citate, ma limitatamente alle semisbarre di propria competenza.
Negli scopi del Regolatore, MonNaLiSA fornirà le informazioni essenziali per:
comunicare annualmente agli utenti di media tensione la numerosità dei buchi
di tensione che hanno interessato la rete cui sono connessi;
▪▪
▪▪
▪▪
▪▪
▪▪
costituire un punto di partenza per la pubblicazione di dati, anche comparativa, mediante indici sintetici di
prestazione;
porre le basi per una successiva introduzione di elementi di regolazione e assicurare così un livello adeguato di
qualità della tensione nell’intero territorio nazionale.
Portale del sito MonNaLiSA.
UTILIZZO DEL PRODOTTO
MonNaLiSA è utilizzato dall’Autorità per l’Energia Elettrica, il Gas e il Sistema Idrico, dagli Operatori di Sistemi di
Distribuzione per la strumentazione di propria competenza, nonché nell’ambito delle attività del Tavolo di lavoro,
per analisi ed elaborazioni propedeutiche alla messa a punto di strategie regolatorie.
I dati provenienti da MonNaLiSA vengono anche confrontati da RSE con quelli provenienti dal sistema di
monitoraggio QuEEN, al fine di avere una visione complementare e indipendente da quanto rilevato dal sistema
esercito direttamente dai Distributori.
BIBLIOGRAFIA
Deliberazione ARG/elt 198/11 Testo integrato della qualità dei servizi di distribuzione e misura dell’energia
elettrica per il periodo di regolazione 2012-2015, 31 Dicembre 2011
Specifica Tecnica 12004159, Specifiche tecnico-funzionali delle apparecchiature di monitoraggio della qualità della
tensione per le reti MT, Ottobre 2012(documento RSE reperibile in http://www.autorita.energia.it/it/
comunicati/12/120802.htm)
Rapporto RSE 15000386 Applicazione di metodi di analisi avanzati a forme d’onda complete di buchi di tensione per
la classificazione degli eventi registrati in campo nelle reti MT di distribuzione, Progetto Trasmissione e distribuzione
dell’energia elettrica, Febbraio 2015, www.rse-web.it
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero
dello Sviluppo Economico – D.G. Nucleare,
Energie rinnovabili ed efficienza energetica
– in ottemperanza al DM, 8 marzo 2006.
Ricerca sul Sistema Energetico – RSE S.p.A.
Via Rubattino, 54 - 20134 Milano
Tel. 02 39921 - Fax 02 3992 5370
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#Security&Resilience
#Grid&Components
MORGANA
Strumenti per
la modellistica
multiscala
della scarica
elettrica
CONTESTO
La sicurezza e la qualità della fornitura sono requisiti fondamentali per il
Sistema Elettrico attuale.
Essi possono essere ottenuti solo se l’affidabilità della rete e dei suoi
componenti è garantita in sede progettuale, durante l’esercizio e con adeguati
interventi di manutenzione.
E’ quindi fondamentale disporre di adeguati strumenti di modellazione e
verifica del comportamento dei componenti elettrici e, in quest’ambito, la
modellazione dei fenomeni di scarica che si sviluppano sia in aria che nei
materiali isolanti utilizzati,riveste una particolare importanza. Essa è
indispensabile in numerosi campi di applicazione, da quelli relativi alle scariche
di grandi dimensioni (protezione da fulminazione di linee e apparecchiature,
valutazione della sicurezza dei lavori sotto tensione) a quelli relativi alle
scariche di piccole dimensioni (interferenza in radio-frequenza, impronta
acustica di linee in alta tensione, evoluzione delle scariche parziali).
A fronte di una così vasta potenzialità, le complessità di ordine fisico,
ingegneristico e computazionale legate alla modellistica del fenomeno, hanno
fatto sì che tali studi siano stati affrontati finora sulla base di ipotesi
fortemente semplificative, spesso inadeguate a rappresentare il fenomeno. Per
quanto riguarda poi, in particolare, la misura delle scariche parziali, una
considerevole difficoltà è legata alla loro interpretazione e ad una conseguente
conclusione sullo stato di degenerazione del materiale.
PRODOTTO
Area
Governo, gestione
e sviluppo del sistema
elettrico nazionale
Progetto
Trasmissione e distribuzione
dell’energia elettrica
RSE ha messo a punto MORGANA, un insieme di metodologie di calcolo,
simulazione e sistemi di misura innovativi che permettono di affrontare la
modellistica della scarica in modo molto dettagliato,con modellazioni
tridimensionali e analisi molto accurate.
RSE ha sviluppato due algoritmi di calcolo, denominati rispettivamente
inceptionPD dedicato alla modellazione di scariche parziali e inceptionLS,
dedicato alla modellazione di scariche di grandi dimensioni. I codici sviluppati
sono in grado di ridurre considerevolmente il costo computazionale e rendere
possibili simulazioni geometricamente complesse.
Per quanto riguarda lo studio delle scariche parziali, InceptionPD è il primo
codice in questo campo completamente basato su relazioni fisiche e non semiempiriche: è stato validato per ottenere, con misure esterne, una valutazione
dello stato di degenerazione dei materiali isolanti. Punto di forza del codice è
la considerevole base teorica, profusa ai fini del suo sviluppo.
MORGANA non è però “solo” un algoritmo di calcolo: per approdare a un sistema
previsionale dello stato di invecchiamento dei materiali è infatti necessario
correlare le simulazioni numeriche con dati sperimentali. Poiché i sistemi di
misura commerciali si sono dimostrati spesso inadeguati, RSE ha sviluppato due
dispositivi innovativi, basati su differenti tipologie di sensori, uno capacitivo e
uno elettro ottico. Il sensore capacitivo è stato realizzato con l’obiettivo di
effettuare una misura molto accurata delle correnti impulsive, richiamate
durante i fenomeni di scariche parziali. Il sistema sviluppato, composto da una
sonda sensibile alle fluttuazioni di correnti ioniche e da un sistema di
pretrattamento del segnale, permette l’acquisizione di segnali impulsivi di
bassa intensità con banda in frequenza molto estesa, da 1 kHz a 100 MHz.
La seconda tipologia di sensori si basa invece su tecnologia elettro ottica, ovvero sfrutta l’interazione fra un
campo elettrico e materiali ottici sensibili, allo scopo di modificare le caratteristiche di un fascio laser incidente.
La tecnologia adottata permette di effettuare misure di campo elettrico in aria e in componenti elettrici con una
bassissima intrusività; la trasduzione del segnale ottico è condotta per mezzo di fotodiodi a valanga e di una unità
elettronica di conversione innovativa sviluppata ad hoc da RSE.
Esempio di applicazione del codice Morgana: densità elettronica in prossimità di una punta in tensione.
UTILIZZO DEL PRODOTTO
Sia gli strumenti modellistici che la sensoristica innovativa di MORGANA possono supportare in maniera significativa
sia i costruttori di apparecchiature e componenti dei sistemi di distribuzione e trasmissione, sia i gestori delle
stessi reti nell’ambito delle attività di monitoraggio dei materiali isolanti. Ad esempio sono in fase di progetto
integrazioni del sistema di misura in giunti di cavi di media tensione, per monitorarne le condizioni nel tempo.
I risultati delle attività di ricerca permettono anche di integrare le informazioni fornite dai metodi di misura
attualmente proposti in ambito normativo sulle scariche parziali, nella prospettiva di una maggiore affidabilità
sulla previsione del fine vita dei componenti.
Oltre alle ricadute specifiche nell’ambito dello studio delle scariche parziali, le metodologie e le tecnologie
sviluppate sono già state utilizzate con successo nell’ambito di altre applicazioni, come ad esempio quelle
riguardanti la sicurezza dei lavori sotto tensione, in collaborazione con TERNA, e lo studio delle caratteristiche
tecniche delle linee in alta tensione, nell’ambito del progetto europeo Best Paths.
BIBLIOGRAFIA
A. Villa, L. Barbieri, M. Gondola, R. Malgesini, An asymptotic preserving scheme for streamer simulation,
J Comput Phys, vol. 242, pp. 86–102, 2013
A. Villa, L. Barbieri, M. Gondola, A. L. Garzon, R. Malgesini, Mesh dependent stability of discretization of the
streamer equations for very high electric fields, Comput. Fluids, vol. 105, pp. 1–7, 2014
L. Barbieri, M. Gondola, A. Leon, R. Malgesini, A. Villa, Scariche parziali: sperimentazione di nuovi sistemi di
misura e modellazione chimica della scarica in gas, RSE, Rapporto RdS 15000381, 2014
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero
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#Grid&Components
#Smartness
CIMGRID
Traduttore di
rappresentazioni
di reti
di distribuzione
conformi
allo standard CIM
CONTESTO
La conoscenza dello stato della rete elettrica è un presupposto
fondamentale per una gestione integrata ed intelligente del sistema
elettrico.
Tale prospettiva comporta un crescente volume di scambi informativi
tra i diversi attori del sistema elettrico. In particolare, lo scambio
informativo associato alla rappresentazione della topologia di reti
elettriche, già attualmente considerato prioritario dagli operatori di
trasmissione europei (TSO) associati ad ENTSO-E, interesserà in
prospettiva anche gli operatori di distribuzione (DSO) e le microreti.
In quest’ottica quindi la possibilità di utilizzare il medesimo standard
denominato CIM (Common Information Model) per la rappresentazione
delle topologie di rete associate a diversi contesti gerarchici del
sistema elettrico risulta un fattore abilitante per implementare
funzionalità essenziali di gestione del sistema elettrico, quali power
flow, state estimation, geolocalizzazione, rappresentazione di schemi
elettrici. Potrà inoltre essere agevolata la stessa gestione operativa
delle reti, a fronte delle potenziali sinergie rispetto allo standard IEC61850.
PRODOTTO
Area
Governo, gestione
e sviluppo del sistema
elettrico nazionale
Progetto
Generazione distribuita
e reti attive
A fronte delle esigenze delineate nel contesto descritto, RSE ha
realizzato CIMGrid, strumento software in grado di convertire una
rappresentazione di reti di distribuzione in una rappresentazione
conforme allo standard CIM di IEC.
Il tool software CIMGrid è realizzato mediante l’applicazione di
tecnologie di sviluppo software basate su modello informativo (MDEModel Driven Engineering).
La struttura del componente software di traduzione, che è stato
realizzato nell’ambiente di sviluppo Eclipse utilizzando EMF (Eclipse
Modeling Framework), evidenzia la separazione tra i moduli di
serializzazione e quelli deputati all’implementazione della logica di
trasformazione dei modelli dati.
L’implementazione della logica di traduzione è realizzata mediante il
linguaggio QVTo che, facendo leva sulla struttura dei modelli dati,
consente una più agevole implementazione del software.
La traduzione ha prioritariamente considerato le informazioni
necessarie alla realizzazione dei casi d’uso associati ai calcoli di Power
Flow, alla geolocalizzazione degli impianti ed alla realizzazione di
schemi elettrici. La trasformazione realizzata mediante tecniche di
sviluppo model driven MDE ha consentito il pieno riutilizzo (ad esempio:
serializzatore RDF) e l’adattamento (ad esempio: logiche di
trasformazione QVTo) di componenti software precedentemente
sviluppati.
Tali considerazioni e le conferme dell’interoperabilità del traduttore
realizzato, confermano l’opportunità di adottare l’approccio MDE per
la realizzazione di componenti software che fanno riferimento a
modelli dati standard.
Rappresentazione Geografica
della rete (GIS)
Rappresentazione dello schema elettrico
UTILIZZO DEL PRODOTTO
Una rappresentazione standardizzata delle reti elettriche a tutti i livelli rende possibile in prospettiva una gestione
integrata del sistema elettrico nel suo insieme. La disponibilità di uno strumento come CIMGrid è quindi di sicuro
interesse per TSO e DSO, interesse che si è manifestato anche nell’ambito di lavori normativi in ambito
internazionale volti a realizzare una rappresentazione standardizzata delle reti elettriche a tutti i livelli. Infatti
alcune ipotesi di modellazione CIM proposte nell’ambito dell’attività (ad esempio modellazione dei feeder,
classificazione delle tipologie di generazione distribuita), sono funzionali all’attività di aggiornamento della
modellazione CIM delle reti di distribuzione attualmente in corso nel contesto del Comitato Tecnico 57 di IEC, a cui
RSE partecipa attivamente.
Il tool software CIMGrid è già stato applicato nella traduzione in standard CIM della rete di distribuzione
di A2A Reti Elettriche associata al progetto A2A-CP Lambrate, uno degli otto progetti pilota di reti attive di
distribuzione ammessi al trattamento incentivante dalla delibera AEEG ARG/elt 39/10. La conformità allo standard
CIM della rete A2A così ottenuta è stata verificata mediante uno specifico tool software commercialmente
disponibile, mentre l’interoperabilità a livello funzionale è stata verificata confrontando i risultati del Power Flow
ottenuti dalla rete rappresentata in CIM con quelli forniti da A2A. La rete originaria fornita da A2A è stata quindi
completata con le informazioni associate alla generazione distribuita prevista dal Progetto Lambrate ed è stata a
sua volta convertita in CIM utilizzando il medesimo tool software CIMGrid.
Si sottolinea come la disponibilità di uno strumento come CIMGrid possa rappresentare un primo passo verso un
modello di rete elettrica unificato a tutti i livelli, in prospettiva potenzialmente integrabile con le informazioni
relative ad altre reti, sia di tipo energetico che di telecomunicazioni. Tale integrazione potrebbe essere di
particolare interesse, ad esempio per istituzioni e soggetti regolatori.
BIBLIOGRAFIA
ENTSO-E Common Information Model (CIM) Activities https://www.entsoe.eu/about-entso-e/systemdevelopment/cim-activities/Pages/default.aspx
G. Proserpio, D. Pala, Studio ed applicazione delle tecnologie emergenti in ambito IEC per la realizzazione
e la verifica dell’interoperabilità tra sistemi, RSE, Rapporto di Ricerca di Sistema 14000416, 2013
G. Proserpio, D. Pala, Metodi e strumenti per l’interoperabilità nelle Smart Grid, RSE, Rapporto di Ricerca
di Sistema 13000513, 2012
https://www.entsoe.eu/fileadmin/user_upload/_library/resources/CIM/Interoperability_Tests/CIM_Grid_
Models/130831_ENTSO-E_IOP_July_2013_AppendixA_Tools_info.pdf
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per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
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#Grid&Components
#Smartness
ICAM
Algoritmo
di controllo
inverter per
il funzionamento
in isola
intenzionale
di una microrete
CONTESTO
Nell’ambito delle smart grid, il concetto di microrete risulta di particolare
interesse poiché realizza una nuova architettura di distribuzione dell’energia
che permette di integrare un numero consistente di generatori distribuiti
allacciati alla rete di distribuzione. Importante caratteristica delle microreti è
la possibilità che queste siano gestite in isola intenzionale: tale funzionamento
può essere determinato da fattori economico-gestionali o da fattori legati alla
stabilità e alla qualità dell’alimentazione.
Una volta venuta meno la condizione per esercire in isola la microrete, questa
deve essere riconnessa alla rete prevalente: le tensioni delle due reti possono
però differire in modo non trascurabile, sia in modulo sia in fase, a causa
dell’evoluzione separata delle stesse reti. Si rende dunque necessario
risincronizzare la microrete alla rete prevalente, facendo in modo che ai capi
dell’interruttore che le collega le tensioni siano tra loro uguali in modulo e
fase.
Convertitore di interfaccia della rete sperimentale in corrente continua
nella Test Facility di RSE.
Area
Governo, gestione
e sviluppo del sistema
elettrico nazionale
Progetto
Generazione
distribuita e reti attive
PRODOTTO
RSE ha sviluppato e testato degli algoritmi di controllo adatti alla regolazione
delle grandezze dell’isola elettrica e della sua risincronizzazione alla rete
prevalente. La sintesi di tale attività è rappresentata da ICAM (Inverter Control
for Autonomous Microgrid), una struttura di controllo locale da implementare
sui singoli generatori che compongono la microrete.
La base di ICAM è costituita da quello che in letteratura è chiamato droop
control: un metodo di regolazione che lega variazioni della potenza attiva e
della potenza reattiva erogate dal singolo generatore a variazioni di frequenza
e tensione di rete, queste ultime causate da cambiamenti del carico o dell’assetto della rete, soprattutto in
condizioni di funzionamento in isola.
ICAM è stato progettato sfruttando l’ambiente di simulazione ATPDraw (Alternative Transient Program) e
successivamente è stato implementato sull’inverter di interfaccia della rete sperimentale in corrente continua,
all’interno della Test Facility (TF) di RSE.
Oltre ai risultati delle simulazioni numeriche sono dunque disponibili dati sperimentali relativi alla transizione ed
al funzionamento in isola di una porzione della TF.
Le prove sperimentali effettuate hanno validato quanto previsto in simulazione, confermando la stabilità della
struttura di controllo a fronte di variazioni di carico consistenti e all’avviamento di motori asincroni direttamente
connessi alla microrete.
Front End
RLC
Motore
Andamento della potenza attiva scambiata nella microrete durante la transizione in isola.
UTILIZZO DEL PRODOTTO
Il risultato dell’attività è un’architettura di controllo locale stabile e adatta ad essere replicata su convertitori
elettronici di interfaccia per generazione distribuita o accumulo come possibile soluzione per la gestione di
microreti in condizioni di funzionamento sia in parallelo alla rete prevalente sia in isola.
I dati raccolti e l’architettura di controllo possono essere di interesse per (e a disposizione di) partner industriali,
soprattutto quelli inseriti in consorzi volti all’innovazione e alla ricerca o direttamente alla realizzazione e alla
gestione di microreti.
BIBLIOGRAFIA
A. Villa, F. Belloni, C. Gandolfi, R. Chiumeo, Gestione del funzionamento in isola di una porzione della Test Facility
e studio della riconnessione alla rete prevalente, Rapporto RSE 15000535, Febbraio 2015
Y. Zhu, F. Zhuo, B. Liu, H. Yi, An Enhanced Load Power Sharing Strategy for Low-voltage Microgrids Based
on Inverse-droop Control Method, IEEE International Power Electronics Conference, 2014D
Wu, F. Tang, J. C. Vasquez, J. M. Guerrero, Control and Analysis of Droop and Reverse Droop Controllers
for Distributed Generations, 11th International Multi-Conference on Systems, Signals & Devices, 2014
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#Renewables
#Smartness
#Planning&Operation
APRES-PV
Sistema
di previsione
della producibilità
oraria
per impianti
fotovoltaici
CONTESTO
Negli ultimi anni si è verificato un notevole incremento di impianti di
produzione di energia elettrica basati su fonti rinnovabili non programmabili
(FRNP), quali fotovoltaico (PV) ed eolico. Per ottimizzare la gestione di questi
impianti è necessario disporre delle stime di produzione e di carico con un
anticipo di almeno una giornata. A tale scopo la normativa vigente impone che
ogni mattina le previsioni di produzione relative al giorno successivo vengano
formulate direttamente dai produttori per impianti rilevanti (con potenze
nominali superiori ai 10 MVA) e da parte di GSE per quelli non rilevanti.
Tali previsioni considerano un orizzonte temporale di 36÷60 ore in avanti e sono
fondamentali sia per le contrattazioni del Mercato del Giorno Prima (MGP), che
per la gestione e controllo dei sistemi di accumulo elettrochimico integrati alle
FRNP.
Il ruolo delle previsioni è quindi sempre più rilevante: una stima accurata del
valore atteso, unitamente all’affidabilità di tale valore, può permettere un uso
più efficiente degli impianti e dell’energia prodotta.
PRODOTTO
RSE ha sviluppato APRES-PV (Adaptive Power foREcasting System for
Photovoltaic plant), un sistema di previsione dell’energia prodotta da singoli
impianti fotovoltaici per i successivi tre giorni.
Questo sistema di previsioni puntuali richiede il calcolo della posizione del Sole
e la stima di alcuni predittori meteorologici quali l’irradianza, la temperatura di
pannello e il contenuto di acqua precipitabile in corrispondenza dell’impianto
considerato.
L’energia oraria producibile viene poi calcolata utilizzando due differenti
sistemi di post elaborazione:
rete neurale (Neural Network -NN);
metodo Analog Ensemble (AN).
Entrambi i metodi non richiedono informazioni specifiche sulla tipologia degli
impianti in esame, a parte la loro localizzazione geografica, ma utilizzano le
serie storiche orarie di misure di energia prodotta per ricostruire in maniera
precisa i profili orari delle relative produzioni anche in caso di esposizioni non
ottimali. La buona qualità delle serie storiche di produzione relative a diversi
periodi temporali e a diverse situazioni meteorologiche è quindi condizione
necessaria per ottenere stime di produzione soddisfacenti.
Il sistema predittivo basato sul metodo AN individua previsioni passate simili a
quella corrente, e costruisce una distribuzione con i valori di produzione reale
occorsa in tali situazioni passate. In questo modo il sistema riesce a tener conto
degli errori sistematici del modello predittivo meteorologico utilizzato. Inoltre,
poiché viene costruita una distribuzione di valori di energia prodotta, è
possibile estrarre il valor medio e una misura della banda di confidenza attesa.
RSE ha sviluppato un sistema predittivo specifico per gli impianti a inseguimento
azimutale, nonché una versione basata su una correzione bayesiana che riduce
l’errore sistematico del metodo AN in corrispondenza di valori elevati
d’irraggiamento, tenendo conto del comportamento pregresso di AN per il
particolare impianto considerato.
In Figura 1 sono riportati gli andamenti orari della produzione di un impianto
▪▪
▪▪
Area
Governo, gestione
e sviluppo del sistema
elettrico nazionale
Progetto
Generazione distribuita
e reti attive
fotovoltaico nei giorni 9 e 10 agosto 2015. Mentre nel caso di un giorno sereno (il 09/08) l’accordo è elevato, in
presenza di nuvolosità la differenza tra previsione e produzione reale può anche essere notevole.
Figura 1 Andamento della produzione oraria di un impianto fotovoltaico nei giorni 9 e 10 agosto 2015.
La linea continua indica la produzione reale, mentre quella tratteggiata la previsione effettuata due giorni prima.
Durante il secondo giorno è presente una nuvolosità variabile.
UTILIZZO DEL PRODOTTO
Il sistema previsionale APRES-PV è in grado di fornire un benchmark per la previsione della produzione fotovoltaica.
Inoltre il sistema è utilizzato nel sistema di raccolta dati e visualizzazione della rete IesPV gestita da RSE,
costituita da circa una trentina d’installazioni di impianti PV di piccole dimensioni.
Le previsioni di produzione sono utilizzate anche nel sistema di controllo della Test Facility di Generazione
Distribuita RSE, al fine di ottimizzare la gestione della produzione, dei carichi e del sistema di accumulo.
Poiché il sistema si basa sulla previsione di predittori mediante modelli numerici meteorologici, su serie storiche di
misure, e su sistemi di post-elaborazione sviluppati ad hoc, l’utilizzo di APRES-PV per un servizio di fornitura della
previsione oraria di produzione energetica per un singolo impianto è sicuramente preferibile all’implementazione
stand-alone dell’intera filiera di previsione di APRES-PV nei sistemi di controllo del proprietario dell’impianto.
BIBLIOGRAFIA
D. Ronzio, S. Sperati, E. Collino, A.M. Toppetti, E. Gattiglio, A. Balzarini, 2015, Modelli previsionali numerici per
la stima della produzione da impianti solari ed eolici, RSE, Rapporto RdS 15000278, Febbraio 2015
L. Delle Monache, T. Nipen, Y. Liu, G. Roux, R. Stull, 2011,Kalman filter and analog schemes to postprocess
numerical weather predictions, Monthly Weather Review vol. 139, pp. 3554-3570
L. Delle Monache, F.A. Eckel, D.L. Rife, B. Nagarajan, K. Searight, 2012, Probabilistic weather predictions with an
analog ensemble, Mon. Wea. Rev., 141, 3498–3516
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero
dello Sviluppo Economico – D.G. Nucleare,
Energie rinnovabili ed efficienza energetica
– in ottemperanza al DM, 8 marzo 2006.
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#Grid&Components
#Renewables
#Smartness
CONSYS-PV
Algoritmo
di controllo
per un sistema
di accumulo
connesso
ad un impianto
fotovoltaico
con funzioni
di supporto
alla rete
CONTESTO
In Italia, negli ultimi anni, il numero di impianti fotovoltaici connessi alla rete
elettrica è cresciuto in maniera considerevole: tra il 2005 e il 2015 sono stati
installati, sul territorio nazionale, impianti per una potenza totale di 19 GWp.
La penetrazione massiccia della fonte fotovoltaica può però determinare
problemi di esercizio a causa della sua natura aleatoria, poco prevedibile e non
regolabile secondo i criteri convenzionali. Per contro, in caso di surplus di
energia prodotta dagli impianti fotovoltaici, potrebbe rendersi necessario il loro
distacco dalla rete, rendendone meno conveniente l’esercizio.
L’integrazione di un impianto fotovoltaico con un sistema di accumulo
dell’energia, abbinato a un sistema di previsione meteo, può invece garantire
un maggiore tasso di utilizzo dell’impianto e quindi una maggiore convenienza
economica.
Un sistema di accumulo permette anche di ridurre la modulazione degli impianti
convenzionali, diminuendo la quantità di riserva da approvvigionare e riducendo
in tal modo i relativi costi, e può dare ulteriori vantaggi anche all’utente finale
apportando miglioramenti alla qualità e alla continuità del servizio evitando, in
fase di prelievo, il superamento della potenza contrattuale. In presenza di
sensibili differenze di prezzo fra ore piene e vuote, l’uso di accumuli
consentirebbe tra l’altro all’utente di acquistare la maggior parte dell’energia
nei momenti di maggiore convenienza, senza per questo dover modificare le
proprie abitudini di consumo: ciò determinerebbe un sensibile beneficio anche
per il sistema nel suo complesso.
Da ultimo, un impianto fotovoltaico integrato con un sistema d’accumulo può
essere utilizzato per fornire alla rete servizi ancillari, cioè quelle funzioni
necessarie per supportare la trasmissione e la distribuzione di energia elettrica
e mantenere un funzionamento affidabile del sistema di trasmissione
interconnesso.
PRODOTTO
Area
Governo, gestione
e sviluppo del sistema
elettrico nazionale
Progetto
Generazione distribuita
e reti attive
RSE ha progettato, realizzato e sperimentato in campo CONSYS-PV, algoritmo di
controllo per un impianto integrato Accumulo-Fotovoltaico, connessi ciascuno
mediante un proprio convertitore DC/DC su un bus comune interfacciato alla
rete in alternata mediante un inverter bidirezionale. CONSYS-PV rende possibili
molteplici servizi per l’utente e per la rete; viene infatti sfruttata l’elevata
flessibilità offerta dal sistema di accumulo per rendere il prosumer controllabile
e prevedibile.
CONSYS-PV permette innanzitutto di aumentare l’autoconsumo, di evitare in
fase di prelievo il superamento della potenza contrattuale e garantire la
ricarica da rete della batteria nelle ore con prezzo favorevole durante i periodi
caratterizzati da bassa radiazione solare.
Il sistema di accumulo è dunque utilizzato per svolgere azioni di peak shaving e
di time shift e consente di ridurre il costo di approvvigionamento dell’energia da
parte del consumatore. Il sistema svolge inoltre ulteriori servizi ancillari, che
permettono di migliorare l’integrabilità degli impianti fotovoltaici all’interno
delle smart-grid. In particolare, l’algoritmo, sviluppato su tre diversi livelli
gerarchici di controllo, consente al sistema di effettuare la regolazione della
tensione e della frequenza, il funzionamento in isola, sia energetica che
elettrica, del carico locale e il controllo di potenza attiva e reattiva da parte del gestore della rete.
Quest’ultima funzione è garantita dalla comunicazione tra l’Energy Management System del sistema fotovoltaicoaccumulo e il gestore di rete che può richiedere un determinato profilo di immissione/prelievo per il quarto d’ora
successivo. Tutti gli altri servizi sono assolti da logiche di basso/medio livello, come ad esempio la transizione
all’isola elettrica. Questa funzione viene svolta attraverso l’algoritmo di inverse droop, che permette la gestione
della tensione e della frequenza durante il passaggio e il funzionamento in isola. Durante il funzionamento in
parallelo alla rete, le regolazioni di frequenza e tensione vengono svolte agendo sulla potenza attiva e reattiva
fornite dall’inverter.
Potenza attiva scambiata con la rete senza accumulo e con accumulo + algoritmo CONSYS-PV (a sinistra);
Autoconsumo dell’impianto fotovoltaico (a destra).
Impianto senza batteria
Impianto con batteria
Impianto con batteria e servizi ancilllari
Impianto senza batteria
Impianto con batteria
UTILIZZO DEL PRODOTTO
CONSYS-PV è stato sperimentato su un impianto pilota presente presso RSE avente taglia superiore a quello di una
tipica utenza domestica, permettendo quindi di verificare come il prodotto sia utilizzabile anche nell’ambiente
terziario o industriale. L’attività ha validato CONSYS-PV nel controllo di un impianto fotovoltaico-accumulo al
quale sono state richieste contemporaneamente funzioni energetiche al servizio dell’utenza e funzioni
prettamente in potenza per la fornitura di servizi ancillari alla rete. Il sistema è stato verificato in molteplici
condizioni, evidenziando come le scelte progettuali e di controllo adottate permettano lo svolgimento di tutte le
funzioni richieste, garantendo la riduzione della potenza scambiata con la rete e la controllabilità dell’impianto.
BIBLIOGRAFIA
R. Lazzari, 2014, Sviluppo di un sistema di accumulo accoppiato a un impianto fotovoltaico per un’utenza attiva
connessa alla rete BT: verifica sperimentale delle funzioni di controllo, RSE, Rapporto RdS 14000698, marzo 2014
R. Lazzari, 2015, Sviluppo degli algoritmi di un sistema fotovoltaico – batteria: sperimentazione dei servizi ancillari
per la rete, RSE, Rapporto RdS 15000239, marzo 2015
R. Lazzari, C. Parma, A. De Marco, S. Bittanti, 2015, Enabling a flexible exchange of energy
of a photovoltaic plant with the grid by means of a controlled storage system, International Journal of Control,
Volume 88, Issue 7, pages 1353-1365
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero
dello Sviluppo Economico – D.G. Nucleare,
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#Grid&Components
#Renewables
PlaNa
Monocella
batteria
sodio-beta
a configurazione
planare
CONTESTO
Il tema dell’accumulo di energia, accoppiato con le fonti
rinnovabili non programmabili e con i sistemi di
generazione distribuita, è di crescente interesse nel
settore della produzione di energia elettrica. Tra i sistemi
di accumulo, quelli elettrochimici giocano un ruolo
importante, non solo per l’integrazione delle fonti
rinnovabili, ma anche per servizi di rete quali il time shift o
la regolazione primaria, secondaria o terziaria o anche il
supporto di tensione.
In questo ambito le batterie sodio beta ad alta
temperatura rappresentano una soluzione tecnologica che
può essere utilizzata per i servizi elencati.
I vantaggi di questa tecnologia, rispetto ad altre, sono
costituiti da un costo inferiore per kWh e una sicurezza
maggiore, soprattutto per installazioni di grande potenza
(MW). Inoltre hanno un valore di energia specifica
paragonabile alle batterie al litio, anche se una potenza
specifica leggermente inferiore.
Disegno di massima
della tenuta planare
della monocella.
PRODOTTO
Per rendere più attraente dal punto di vista economico l’utilizzo delle batterie
sodio beta ad alta temperatura, RSE ha deciso di verificare la possibilità di
realizzare la batteria in una nuova configurazione geometrica, al fine di
aumentarne la potenza specifica e semplificarne il processo produttivo,
riducendo quindi il costo per kWh.
In particolare, si è deciso di passare dalla configurazione attuale, costituita da
un bicchiere ceramico che contiene i prodotti aggressivi, ad una configurazione
planare in cui i due comparti, anodico e catodico, sono separati da una lastra
ceramica di beta allumina che funge da membrana a trasporto ionico per gli ioni
Na+.
A tale scopo, RSE ha messo a punto un sistema di tenuta innovativo tra il
metallo del corpo della cella e la ceramica dell’elettrolita solido, mantenendo
l’isolamento elettrico e il confinamento dei reagenti nei rispettivi comparti.
Area
Governo, gestione
e sviluppo del sistema
elettrico nazionale
Progetto
Accumulo
di energia elettrica
Prototipo di monocella a configurazione planare.
Il sistema, in grado di operare a 300 °C in presenza di prodotti chimicamente aggressivi (sodio liquido), è costituito
da un anello ceramico, che mantiene l’isolamento elettrico, e da un anello metallico che bilancia le diverse
variazioni di dimensioni tra il metallo e la beta-allumina durante i cicli termici a cui la cella è soggetta.
È stata così realizzata la monocella PlaNa, la cui configurazione consentirà di diminuire la resistenza della cella e
migliorare la potenza specifica, parametro critico per questo tipo di batteria.
Inoltre, la geometria planare del componente, rispetto a quella a bicchiere, permette vantaggi in termini di
produzione del manufatto, sia dal punto di vista della semplificazione del processo, sia dal punto di vista delle
dimensioni e dello spessore. Questi miglioramenti incidono significativamente sul costo della monocella, riducendo
il costo per kWh.
UTILIZZO DEL PRODOTTO
Il prodotto risulta di particolare interesse per i costruttori di batterie, in quanto consente loro di disporre di una
soluzione tecnologica in grado di aumentare la competitività delle batterie sodio-beta, particolarmente adatte per
impieghi nelle smart grid.
BIBLIOGRAFIA
F. Smeacetto, M. Salvo, M. Radaelli , M. Broglia, F. Cernuschi, M. Ferraris, Glass-ceramic joining materials for
sodium-based battery, 39th International Conference & Exposition on Advanced Ceramics & Composites, January
2015, Daytona Beach, FL
M. Radaelli, Mono-cella di batteria sodio-beta ad alta temperatura con configurazione planare: caratteristiche e dati
sperimentali. Studi preliminari di formulazione e sinterizzazione di β alumina, RSE, Rapporto RdS 15000249,
Febbraio 2015
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per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
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#Renewables
#Sustainability
BioMet-UP
Impianto ad alta
efficienza
per l’upgrade
del biogas
a biometano
CONTESTO
Il biogas è un combustibile prodotto dalla degradazione della sostanza organica
(fanghi da depurazione, reflui animali, rifiuti organici, eccetera) in ambiente
anaerobico controllato, come nel caso di un digestore anaerobico, oppure non
controllato come nel caso di una discarica. È costituito principalmente da
metano (CH4) in misura variabile tra il 35 e il 70 per cento in volume, e anidride
carbonica (60-30 per cento).
Oltre a piccole percentuali di vapore acqueo, azoto e ossigeno, il biogas può
contenere contaminanti che dipendono sia dalla matrice di partenza sia dai
trattamenti subiti: acido solfidrico, ammoniaca, silossani, composti di cloro e
fluoro.
La raffinazione del biogas consente di ottenere un combustibile più pregiato – il
biometano – merceologicamente equivalente al gas naturale, con caratteristiche
idonee all’immissione nella rete del gas naturale e all’utilizzo per autotrazione
o in generale come biocarburante.
Secondo i dati elaborati dal Consorzio Italiano Biogas, la produzione italiana di
biometano potrebbe crescere fino a 8 miliardi di metri cubi l’anno (6,5 Mtep)
nel 2030, un valore pari al 10 per cento del consumo italiano di gas naturale nel
2011.
PRODOTTO
Area
Produzione di energia
elettrica e protezione
dell’ambiente
Progetto
Energia elettrica
da biomasse
Per la raffinazione del biogas, fino ai livelli di qualità imposti dai codici di rete
nazionali, sono disponibili sul mercato diverse tecnologie che in generale
comportano una certa complessità impiantistica, rilevanti consumi di energia e
un costo, sia di investimento sia di esercizio, non trascurabile.
In tale contesto, RSE ha proposto una soluzione innovativa basata sulla
tecnologia del sorbente solido che promette di essere migliorativa dello stato
dell’arte sia dal punto di vista dei consumi energetici sia della semplicità di
gestione.
Il processo realizza la separazione della CO2 attraverso una metodologia basata
sull’impiego di un sorbente rigenerabile costituito da ammina depositata su un
solido poroso. Il sorbente è chimicamente inerte nei confronti del CH4 ma è in
grado di chemisorbire selettivamente ed efficacemente la CO2 presente nel
biogas.
Poiché la reazione di assorbimento è esotermica e quella di desorbimento è
endotermica, occorre smaltire il calore generato nel primo caso e fornirlo nel
secondo. In particolare, la fase di assorbimento è condotta a 40 °C, mentre
quella di rigenerazione richiede che il sorbente venga riscaldato a 85 °C,
temperatura alla quale si ottiene un buon grado di rigenerazione.
Per la sperimentazione e validazione in campo è stato progettato e realizzato
interamente da RSE un impianto di piccola taglia denominato BioMet-UP che,
alimentato con biogas, produce biometano di qualità adeguata. L’impianto può
trattare una portata di biogas fino a 2 Nm3/ora e opera con un’unità di
assorbimento/desorbimento a letto fisso di sorbente.
BioMet-UP è stato anche dotato di un sistema d’automazione e controllo che ne
consente l’esercizio in modo completamente automatico, non presidiato e con
remotizzazione della Stazione Operatore presso la sede RSE di Milano o altro
sito.
(a)
(b)
Unità di assorbimento/desorbimento senza (a) e con (b) sorbente solido collocato.
UTILIZZO DEL PRODOTTO
L’obiettivo che ci si è posti con la realizzazione e l’esercizio di BioMet-UP è quello di verificare che il processo di
raffinazione del biogas proposto da RSE consente il superamento di alcuni dei limiti tecnologici presentati dai
metodi di raffinazione disponibili sul mercato e di ridurre i costi di produzione del biometano.
In particolare, rispetto all’equivalente tecnologia convenzionale (lavaggio con ammine in soluzione acquosa), il
processo RSE dovrebbe presentare alcuni evidenti vantaggi, rappresentati da una netta riduzione dei consumi
energetici per la rigenerazione, grazie ad un’inferiore capacità termica del sorbente e alla possibilità di rigenerare
a più bassa temperatura (85 °C anziché 120 °C), e dall’eliminazione dei problemi corrosivi e di formazione di
schiume, tipici del processo in soluzione.
Nel mese di novembre 2014 BioMet-UP è stato installato e messo in servizio presso il Centro di Biotrattamento di
Camposampiero, Padova, di proprietà della società ETRA, con cui è stato stipulato uno specifico accordo di collaborazione.
Dopo la messa in servizio, sono iniziate le prove sperimentali per verificare le prestazioni del sistema nel lungo
periodo. I buoni risultati a cui si è pervenuti attraverso l’esercizio in condizioni reali di BioMet-UP incoraggiano
verso lo sviluppo di un impianto dimostrativo, operante con biogas sia da digestione anaerobica sia da discarica,
energeticamente autosufficiente, in grado di produrre, in modo flessibile, elettricità e calore in parziale
alternativa al biometano.
BIBLIOGRAFIA
Domanda di Brevetto Europeo per Invenzione Industriale Process for refining a biomethane biogas stream and
relative apparatus for the implementation thereof, 26 giugno 2015, Numero domanda EP15174149.3
M. Notaro, 2015, Le tecnologie di raffinazione del biometano e le attività di ricerca, CH4 La rivista italiana del gas,
Anno XV, n. 2
M. Notaro, V. Prandoni, M. Scagliotti, 2014, Produzione di biometano da biogas, AEIT, vol. 101, n. 4/5, aprilemaggio 2014, pp. 20-27
L. Bisone, S. Bittanti, S. Canevese, A. De Marco, S. Garatti, M. Notaro, V. Prandoni, 2014, A post-combustion
carbon capture process by amines supported on solid pellets with estimation of kinetic parameters, Industrial &
Engineering Chemistry Research, 54 (10), p. 2743-2762
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#Renewables
#Sustainability
MIMOEMI
Centro
di competenza
per la misura
e il monitoraggio
delle emissioni
da impianti
a combustione
di biomasse
e rifiuti
CONTESTO
Nell’ultimo decennio, soprattutto in Europa, la sostenibilità ambientale è
diventata un requisito fondamentale in ogni attività antropica, ma è soprattutto
nel settore della produzione energetica che il livello di attenzione verso questo
tema è cresciuto al punto da condizionare scelte strategiche di intere nazioni.
E’ quindi evidente che le attività di monitoraggio e controllo dell’impatto
ambientale degli impianti di generazione di energia devono essere condotte in
maniera affidabile e attendibile, in quanto su di esse si basano decisioni di
istituzioni e autorità sia in materia di salvaguardia dell’ambiente e della salute,
sia per la formulazione strategica di politiche industriali.
Nel settore delle bioenergie, particolare attenzione è dedicata al problema
delle emissioni da impianti a combustione di biomasse e rifiuti. A tale riguardo
un ruolo centrale è quello della qualità delle prestazioni dei metodi di misura e
dei sistemi di analisi, che devono essere validati e qualificati mediante la
conduzione di prove inter-laboratorio in ottemperanza alla normativa tecnica di
riferimento (UNI, CEN, ISO) di settore.
PRODOTTO
Area
Produzione di energia
elettrica e protezione
dell’ambiente
Progetto
Energia elettrica
da biomasse
Per far fronte ai problemi e alle esigenze sopra riportate, RSE mette a
disposizione MIMOEMI, Centro di competenza per la MIsura ed il MOnitoraggio
delle EMIssioni da impianti a combustione di biomasse e rifiuti. Le competenze
in questo campo sono state accumulate negli anni attraverso intensive
esperienze nel campo della misura e monitoraggio delle emissioni, attività di
misura in campo di inquinanti alle emissioni, sviluppo in laboratorio di
procedure analitiche, nonchè con la validazione di metodi e la qualificazione di
strumentazione dedicata. Tale esperienza è stata affiancata inoltre da
un’intensa attività di supporto alla normazione tecnica di settore a livello
nazionale (UNI, CTI), europeo (CEN) ed internazionale (ISO).
Su questo bagaglio di competenze, RSE ha da ultimo realizzato “Loop”, unico
impianto del genere esistente in Italia, finalizzato principalmente
all’effettuazione di prove di confronto intra- e inter-laboratorio.
L’impianto “Loop” è in grado di generare e mantenere, con prestazioni di
carattere metrologico, atmosfere campione, contenenti i principali “macroinquinanti” di interesse (es: NOx, SO2, CO, CO2, HCl, CH4).
Le concentrazioni dei diversi componenti gassosi vengono realizzate mediante
diluizione dinamica di miscele di gas di riferimento ad alta concentrazione,
impiegando un banco di controllori di flusso massico con campi di misura
compresi tra 0,1 e 50 l/min.
I livelli di concentrazione vengono poi verificati in continuo mediante
analizzatori sottoposti a taratura secondo gli schemi della norma UNI EN 17025,
raggiungendo un valore di incertezza estesa inferiore al 2 per cento (ad un
livello di confidenza del 95 per cento).
Ulteriori rilievi riguardano la velocità del flusso gassoso veicolato nel “Loop”,
che viene misurata impiegando un tubo di Pitot (di tipo S), connesso a un
apparato di trasduttori di pressione assoluta e differenziale e a una linea
termometrica, entrambi riferibili ai campioni nazionali.
Sull’impianto “Loop” sono disponibili cinque bocchelli standard (DN100) per il
campionamento in simultanea dei gas offrendo la possibilità di prelevare un
flusso gassoso in continuo, ad una portata stabile e con un valore massimo di 50 l/min.
La scelta di lavorare su atmosfere “sintetiche” in un impianto sperimentale ad hoc, risponde a due differenti
esigenze: da un lato garantisce la composizione dell’effluente, realizzato dosando quantità note e controllate di
inquinanti e diluenti (ossigeno, vapore d’acqua) in un flusso di aria opportunamente riscaldato, e, dall’altro,
permette di svincolarsi, nella conduzione delle prove di confronto tra Laboratori, dalle esigenze e dai vincoli
operativi di un impianto reale, che spesso ne condizionano l’efficace svolgimento.
Impianto “Loop”
(a sinistra: lato caldaia;
a destra: lato prelievo).
Box di controllo e di additivazione.
Sistema caldaia/scambiatore
di calore e ventilatore.
UTILIZZO DEL PRODOTTO
Il Centro di competenza MIMOEMI e l’impianto “Loop” rappresentano un punto di riferimento per i Laboratori che
operano nel settore delle emissioni da impianti a combustione di biomasse e rifiuti, in quanto consente loro di
ottenere una valutazione delle proprie prestazioni relativamente alla qualità delle misure effettuate.
L’impianto “Loop” inoltre oltre a essere utilizzato per effettuare campagne di confronto di misura tra Laboratori finalizzate
alla validazione di metodi e alla qualificazione di apparati tradizionali e innovativi, permette anche l’effettuazione di attività
di formazione, di addestramento e di abilitazione professionale del personale addetto alle misure.
Oltre che per i Laboratori di misura, l’utilizzo dell’impianto “Loop” è di sicuro interesse anche per la Comunità
scientifica, il Sistema delle Agenzie (ARPA, ISPRA, eccetera), gli Operatori del settore elettro-energetico (SNAM
Rete Gas, ENI Ricerche, eccetera) e i Costruttori nazionali di strumentazione analitica.
BIBLIOGRAFIA
L. Fialdini, Progetto della Facility sperimentale per la messa a punto di metodi innovativi di misura delle emissioni,
ERSE, Rapporto RdS 10000875, Febbraio 2010
D. Cipriano, L. Fialdini, Metodologie per il monitoraggio delle emissioni inquinanti dagli impianti di produzione di
Energia, RSE, Rapporto RdS 12001215, Marzo 2012
D. Cipriano, Campagne sperimentali (inter-comparison) su test facility Loop per lo sviluppo e la validazione di metodi
di misura alle emissioni, RSE, Rapporto RdS 15000902, Febbraio 2015
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero
dello Sviluppo Economico – D.G. Nucleare,
Energie rinnovabili ed efficienza energetica
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WaveSAX
Sistema
modulare
innovativo per
la generazione
d’energia
elettrica
da moto ondoso
CONTESTO
Le risorse del mare sono una delle più promettenti fonti di energia rinnovabile a
livello mondiale, ma lo sviluppo di dispositivi per la generazione elettrica da
fonte marina richiede l’integrazione fra diverse attività, tra cui la valutazione
dettagliata della risorsa energetica, l’analisi con modelli numerici, gli studi
fisici a scala in laboratorio, le misure ondametriche in sito e la predisposizione
di un sito sperimentale per le prove in mare.
L’Italia, con quasi ottomila chilometri di coste, è in condizioni di essere uno dei
Paesi leader per la ricerca, lo sviluppo e l’implementazione di nuove tecnologie
per lo sfruttamento dell’energia da fonte marina. Tuttavia, il minor potenziale
energetico del Mediterraneo, se confrontato ad esempio con l’oceano Atlantico,
impone sforzi aggiuntivi nella valutazione dettagliata delle risorse disponibili e
nella ricerca sui metodi e dispositivi più idonei per la generazione elettrica.
Prototipo del dispositivo WaveSAX (scala 1:5).
PRODOTTO
Area
Produzione di energia
elettrica e protezione
dell’ambiente
Progetto
Energia elettrica
da fonte eolica
e da fonte marina
A fronte del contesto sopra delineato, RSE ha sviluppato un’attività di ricerca
che ha portato alla progettazione e realizzazione di un prototipo di dispositivo
innovativo per la generazione di energia elettrica da fonte marina, denominato
WaveSAX, concepito per essere installato in strutture marittime costiere, nelle
condizioni dei moti marini tipici del mare Mediterraneo.
L’attività è stata preceduta da uno studio accurato dello stato dell’arte sui
dispositivi esistenti o in fase di sviluppo, individuando vantaggi e svantaggi delle
diverse soluzioni e verificando la loro applicabilità nel contesto del mare
Mediterraneo.
Dopo aver individuato come più adatta la soluzione progettuale del tipo
Oscillating Water Column (OWC), RSE ha proceduto, nell’ottica di ottimizzare le
prestazioni degli attuali sistemi, allo studio di una soluzione di turbina in grado
di sfruttare direttamente il flusso dell’acqua, invece di quello dell’aria all’interno di una camera.
Gli studi di sviluppo di WaveSAX hanno quindi riguardato in modo particolare l’analisi fluidodinamica della
componente fissa e mobile del dispositivo per la conversione di energia da moto ondoso considerando onde di
modellazione rappresentative del clima d’onda tipico per un sito costiero italiano. Dai risultati delle simulazioni
numeriche, si è stimata così l’energia annuale disponibile in corrispondenza della sezione di lavoro della turbina,
l’energia producibile in condizioni di esercizio, e partendo da una soluzione ottimizzata, si è stimata la potenza
assorbita dalla girante stessa.
A valle delle attività di simulazione sono stati realizzati prima prototipi a scala 1:20 del dispositivo con cui sono
state effettuate prove nella vasca del laboratorio idraulico del HMRC-Hydraulics and Marine Research Centre
dell’Università di Cork (Irlanda) e da ultimo un prototipo idraulico a scala 1:5 del dispositivo WaveSAX ottimizzato.
I vantaggi più rilevanti del dispositivo WaveSAX, rispetto alle tecnologie esistenti possono essere così sintetizzati:
disegno modulare, di facile adattabilità e riproducibilità;
flessibilità d’installazione nei diversi contesti e strutture costiere italiane;
amplificazione idrodinamica per il clima ondoso dominante del mare Mediterraneo;
ottimizzazione dell’efficienza di generazione in funzione dell’intensità e direzione del moto ondoso incidente;
elevato sfruttamento dell’energia disponibile per metro lineare di fronte d’onda, con trasformazione diretta dal
moto ondoso;
minori costi d’installazione, manutenzione e trasmissione dell’energia.
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UTILIZZO DEL PRODOTTO
Come sopra riportato, il dispositivo WaveSAX è stato concepito per essere installato in strutture marittime
costiere, nelle condizioni dei moti marini tipici del mare Mediterraneo.
Due sono le caratteristiche di fondamentale importanza nel suo disegno:
la flessibilità (può essere installato sfruttando opere esistenti o da costruire per altri scopi);
la replicabilità (è utilizzabile in forma modulare e ripetitiva nelle diverse condizioni climatiche e morfologiche
della costa italiana).
Gli studi finora realizzati hanno permesso di validare la funzionalità del dispositivo e di valutare con prove di
laboratorio il suo comportamento nelle condizioni tipiche dei mari italiani. A valle di prove in condizioni tipiche di
moto ondoso, verificando inoltre altri componenti come fissaggi, potenza di generazione, monitoraggio e sistema
di controllo, sarà possibile provare il dispositivo direttamente in mare. Uno dei siti potenzialmente adatti, di cui
sono state rilevate le caratteristiche con un monitoraggio di lungo periodo, è costituito dall’antimurale del Porto
di Civitavecchia (Costa Laziale), dove il prototipo può essere facilmente installato e monitorato.
▪▪
▪▪
BIBLIOGRAFIA
M. Peviani, Wavesax, conceptual design and perspectives, Offshore Wind and other marine renewable Energies in
Mediterranean and European Seas - OWEMES 8th Edition, July, 2015
G. Agate, A. Amicarelli, A. Danelli, M. Peviani, Optimization of the Wavesax device: numerical modelling and ocean
wave basin tests, MARINE 2015 VI International Conference on Computational Methods in Marine Engineering,
Roma, June 2015
M. Peviani, A. Danelli, F. Paladini, F. Carli, S. Bonamano, Valutazione del potenziale energetico dal moto ondoso
attraverso stazioni di monitoraggio e studi con modellistica numerica, Rapporto RSE 15000670, RdS, Febbraio 2015
G. Agate, A. Amicarelli, A. Danelli, M. Peviani, Ottimizzazione del disegno di un dispositivo di generazione
d’energia dal moto ondoso: simulazioni numeriche e studi in vasca di laboratorio idraulico, Rapporto RSE 15000671,
RdS, Febbraio 2015
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero
dello Sviluppo Economico – D.G. Nucleare,
Energie rinnovabili ed efficienza energetica
– in ottemperanza al DM, 8 marzo 2006.
Ricerca sul Sistema Energetico – RSE S.p.A.
Via Rubattino, 54 - 20134 Milano
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#Renewables
#Sustainability
MOBI
Stazione
anemometrica
offshore su boa
galleggiante
CONTESTO
Lo sviluppo registrato negli ultimi anni dalla capacità eolica nazionale ha
fortemente ridotto la disponibilità di nuovi siti terrestri con risorsa eolica
adeguata. Una possibile alternativa per nuova capacità di generazione è
rappresentata dalla realizzazione di impianti in ambiente marino (offshore),
scelta intrapresa da tempo dai Paesi del Nord Europa che hanno fondali bassi
(≤ 30 m) e rilevante risorsa eolica.
La maggior parte delle aree offshore italiane con risorsa eolica significativa
risulta invece prevalentemente interessata da fondali profondi, e in tale
situazione lo sfruttamento della risorsa può avvenire con l’impiego di sistemi
galleggianti la cui tecnologia è più costosa e attualmente ancora in uno stadio
prototipale.
In questo contesto, per stabilire la validità tecnico-economica di qualsiasi
iniziativa industriale in siti marini offshore, è fondamentale approfondire la
conoscenza della consistenza effettiva della risorsa eolica, integrando in questo
modo i dati disponibili nell’Atlante Eolico dell’Italia.
PRODOTTO
Area
Produzione di energia
elettrica e protezione
dell’ambiente
Progetto
Energia elettrica
da fonte eolica
e da fonte marina
La valutazione della risorsa eolica in aree marine può avvenire con
l’allestimento nel sito di interesse di stazioni di misura installate su fondazione
fissa (per aree con fondali bassi) oppure ricorrendo a sistemi di misura
decisamente più costosi, quali LIDAR e/o SODAR, disposti su piattaforme
galleggianti. In alternativa, si può ricorrere a stazioni di misura allestite su boa,
che hanno il pregio di essere economicamente più competitive, anche se
l’altezza della misura è sensibilmente inferiore all’altezza del mozzo degli
aerogeneratori generalmente impiegati offshore.
Adottando quest’ultimo approccio, RSE ha realizzato una stazione di misura
offshore utilizzando una boa del tipo “meda-elastica”, vale a dire una struttura
semirigida formata da un palo metallico di lunghezza variabile, ancorato al
fondale del sito di posa tramite un corpo morto di calcestruzzo.
Il palo è mantenuto verticale da un galleggiante di grosse dimensioni che può
rimanere interamente sommerso ed essere di forma diversa a seconda delle
differenti condizioni d’impiego. I movimenti angolari della struttura (pitch, roll)
risultano nella maggioranza delle situazioni di lavoro di entità molto contenuta
e quindi, salvo situazioni particolari, non influiscono significativamente sulla
misura della velocità del vento sul piano orizzontale. La rotazione attorno
all’asse verticale della boa (angolo di yaw), invece, è tenuto in considerazione
per correggere l’effettiva direzione di provenienza dei venti che spirano nel
sito. La boa, denominata MOBI (Meteomarine Offshore Buoy for Investigation), è
stata equipaggiata con varie tipologie di sensori per la misura di velocità e
direzione del vento (a coppe di Robinson, potenziometrici, sonici biassiale) e
con sensori preposti al rilievo della pressione e temperatura dell’aria. I segnali
provenienti da tutti i sensori afferiscono ad un data logger, disposto in
contenitore stagno, che provvede all’acquisizione, pre-elaborazione,
memorizzazione e trasmissione giornaliera delle misure alla sede RSE di Milano.
Tutto il sistema è alimentato da due batterie mantenute in carica da un modulo
fotovoltaico e da un micro aerogeneratore.
Boa MOBI attiva nel Canale di Sicilia e particolare della torretta con relativo equipaggiamento.
UTILIZZO DEL PRODOTTO
La boa MOBI è stata installata nel Canale di Sicilia a circa 5 km dalla costa di Mazara del Vallo (TP) in acque
profonde circa 50 metri, in un’area tra quelle in cui la risorsa eolica è particolarmente significativa per eventuali
futuri sviluppi di impianti eolici. Con MOBI RSE ha effettuato una campagna di misura di quasi tre anni, sia per
verificare i valori di ventosità media annua di lungo periodo, espressi nelle mappe dell’Atlante Eolico dell’Italia,
sia per procedere alla calibrazione dei risultati di modelli meteorologici.
Affiancando infine ai dati raccolti dalla boa la simultanea misurazione dei dati di velocità del vento con stazioni
terrestri e costiere, si è individuato un approccio metodologico che consente il prolungamento virtuale delle
misure in mare anche dopo l’eventuale rimozione della boa.
La stazione marina realizzata risulta facilmente replicabile/trasportabile per il monitoraggio di altri siti marini e
potrebbe pertanto rappresentare per gli operatori di settore e la comunità scientifica un valido esempio che
coniuga l’adeguata qualità delle misure all’economicità della soluzione realizzativa.
BIBLIOGRAFIA
L. Serri, C. Casale, E. Lembo, C. Rosito, D. Airoldi, MOBI BUOY: Offshore Wind Measurements in the Sicily Channel,
Offshore wind and other marine renewable energies in Mediterranean and European Seas, Roma, 5-7 Settembre
2012
G. Decimi, E. Lembo, C. Rosito, L. Serri, D. Airoldi, Boa RSE MOBI: risorsa eolica in un’area terra-mare della Sicilia,
rivista AEIT volume 101, numero 1/2 gennaio/febbraio 2014
L. Serri, E. Lembo, P. Marcacci, G. Decimi, C. Rosito, Direct Offshore Wind Measurement in the Sicily Channel.
Management Experience and Results from the First Period, Marine resources OWEMES 2015
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero
dello Sviluppo Economico – D.G. Nucleare,
Energie rinnovabili ed efficienza energetica
– in ottemperanza al DM, 8 marzo 2006.
Ricerca sul Sistema Energetico – RSE S.p.A.
Via Rubattino, 54 - 20134 Milano
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#Renewables
#Smartness
#Sustainability
CPVHigh
Modulo
fotovoltaico
innovativo a
concentrazione
CONTESTO
Autorevoli analisti internazionali prevedono un trend di sviluppo della
tecnologia fotovoltaica a concentrazione (CPV) particolarmente sostenuto nei
prossimi anni. Secondo l’Istituto tedesco Fraunhofer–ISE il costo dell’energia
prodotta da grandi sistemi fotovoltaici a concentrazione, oggi più elevato
rispetto ai sistemi fotovoltaici tradizionali piani, si ridurrà gradualmente nel
breve termine e, almeno nel caso d’installazioni in aree geografiche con elevata
radiazione solare, la differenza sostanzialmente si azzererà a partire dal 2020.
La principale barriera per un’ampia diffusione della tecnologia CPV nel mercato
è infatti il suo costo ancora troppo elevato. I principali fattori chiave per
rendere la tecnologia competitiva sono a) l’incremento dell’efficienza di
conversione delle celle solari e dei moduli fotovoltaici, peraltro in continua
crescita (più 1 per cento/anno nell’ultimo decennio), b) l’aumento del fattore
di concentrazione solare, che permette di ridurre la quantità del materiale
pregiato utilizzato per le celle solari, e c) un’alta affidabilità in esercizio che
riduce i costi operativi dei sistemi.
Il modulo fotovoltaico a concentrazione è il cuore di tali sistemi e incide per
circa il 50 per cento sul costo dell’intero impianto: pertanto le soluzioni
innovative che ne accrescano l’efficienza e ne riducano i costi di produzione
sono di fondamentale importanza per un’ampia penetrazione nel mercato.
Area
Produzione di energia
elettrica e protezione
dell’ambiente
Progetto
Energia elettrica
da fonte solare
Sistema fotovoltaico a concentrazione prototipale realizzato da RSE
presso la sua sede di Casino Mandelli (PC).
PRODOTTO
A fronte del contesto sopra descritto, RSE ha sviluppato e realizzato un modulo fotovoltaico prototipale costituito
da 32 sotto unità, ciascuna contenente una cella solare a tripla-giunzione montata su un ricevitore, nonché un
sistema ottico ad alta focalizzazione della radiazione solare. Quest’ultimo è realizzato con due specchi metallici
secondo uno schema ottico innovativo, brevettato da RSE, che permette di ottenere sia un’alta efficienza di
raccolta (>84 per cento) della radiazione solare, sia un elevato fattore di concentrazione (>840 soli). Un’altra
caratteristica importante del modulo è il sensore di puntamento solare integrato, anch’esso sviluppato da RSE, che
permette di mantenere l’allineamento del modulo con il sole (la tecnologia CPV utilizza solo la componente
diretta della radiazione ed è invece insensibile a quella diffusa).
Il puntatore utilizza un sensore commerciale (CCD) a basso costo e un software appositamente sviluppato da RSE
per velocizzare la determinazione della posizione del sole rispetto al modulo. L’integrazione del puntatore in ogni
modulo è una soluzione innovativa che permette un allineamento ottimale di tutti i singoli moduli, minimizzando
eventuali perdite nel tempo dell’allineamento iniziale, dovute ad esempio a deformazioni meccanico-termiche
della struttura dell’inseguitore solare, e il cui ripristino incide sui costi operativi dell’intero sistema.
Il modulo utilizza celle solari a tripla giunzione con un’efficienza del 39 per cento che possono eventualmente
essere sostituite con celle di efficienza superiore che si rendessero via via disponibili sul mercato.
I moduli prototipali, realizzati con tecnologia in larga misura italiana, sono stati installati nella Test Facility di RSE
e caratterizzati in condizioni operative reali. È stata misurata un’efficienza di conversione della radiazione solare
in condizioni standard STC pari a 31,5-32 per cento, valori che si collocano tra le migliori prestazioni dei moduli
fotovoltaici disponibili a livello internazionale.
UTILIZZO DEL PRODOTTO
Nello sviluppo del prodotto RSE ha coinvolto ASSE, una PMI nazionale del settore fotovoltaico, al fine di stimolare il
passaggio dalla produzione prototipale ad una produzione ingegnerizzata e poi industriale.
ASSE infatti, già partner del progetto UE-FP7 Apollon incentrato sulla tecnologia CPV e coordinato da RSE, può
essere considerato un soggetto industriale nazionale che potrà operare efficacemente per passare dalla fase
prototipale a quella di produzione, prima in piccola serie a livello dimostrativo e quindi come prodotto
commerciale da immettere sul mercato.
Un’altra direzione intrapresa da RSE per promuovere l’utilizzo dei moduli sviluppati è focalizzata sull’ulteriore
miglioramento delle loro prestazioni e sulla riduzione delle loro dimensioni, fattori in linea con il trend
internazionale nello specifico settore tecnologico. In quest’ottica RSE e ASSE sono partner del nuovo progetto
internazionale triennale CPVMatch Concentrating Photovoltaic Modules using Advanced Technologies and Cells for
Highest Efficiencies nell’ambito di Horizon 2020, che ha come obiettivo la realizzazione di nuove celle solari a multigiunzione e moduli ad altissima efficienza (rispettivamente 48 e 40 per cento). In particolare un’attività
importante di RSE e ASSE riguarderà la realizzazione di moduli, dotati di un sistema ottico a specchi e di un
sensore di puntamento integrato, aventi dimensioni ridotte di almeno la metà rispetto ai moduli prototipali finora
sviluppati.
BIBLIOGRAFIA
Brevetto RSE, PCT/EP2014/000895, (3/4/2014), F. Trespidi, Concentratore solare per sistemi fotovoltaici
RSE, Results of the Apollon Project and Concentrating Photovoltaic Perspective (Libro Bianco), Editrice Alkes,
maggio 2014
G. Timò, Il fotovoltaico a concentrazione e le celle a giunzione multipla ad alta efficienza: stato
e prospettive del Fotovoltaico in Italia, Workshop ENEA, Roma, 26/6/2014
G. Bocchiola, A. Minuto, S. Rizzi, D. Ronzio, Realizzazione e caratterizzazione di un sistema di moduli fotovoltaici
prototipali, RSE, Rapporto RdS, 15000217, Febbraio 2015
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per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
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#Renewables
#Planning&Operation
GeoWebGIS
GIS per la
gestione
di informazioni
geologiche atte
a caratterizzare
il sottosuolo
a fini energetici
CONTESTO
Negli ultimi anni è cresciuta l’attenzione verso i potenziali rischi causati dalle
attività antropiche che interessano lo sfruttamento dei serbatoi geotermici, lo
stoccaggio sotterraneo di gas naturale e CO2, l’esplorazione e lo sfruttamento di
giacimenti di idrocarburi e i bacini artificiali. Le attività antropiche per essere
accettate devono pertanto garantire la sicurezza del processo industriale
proposto, il rispetto dell’ambiente e la sicurezza della popolazione
eventualmente esposta ai rischi industriali connessi.
Contemporaneamente è cresciuto anche l’interesse verso le attività di
sfruttamento delle risorse del sottosuolo a fini energetici con la necessità quindi
di consultare una mole enorme di informazioni geologiche superficiali e
profonde, di uso del suolo, unitamente a dati cartografici e amministrativi.
La risposta a questa necessità di consultazione si trova nelle potenzialità dei GIS
(Sistemi Geografici Informativi) e nella possibilità di realizzare interfacce
WebGIS che consentono di visualizzare e interrogare i dati disponibili anche
da remoto attraverso un browser Internet, navigando sulle diverse mappe
e scaricando i dati di interesse.
PRODOTTO
L’applicativo GeoWebGIS è un sistema geografico informatizzato su web,
relativo al territorio italiano, per la diffusione delle informazioni e dei dati
geologici, territoriali e amministrativi, per la mappatura delle aree disponibili a
fini di sfruttamento geotermico (alta e media entalpia) e a supporto di attività
di stoccaggio geologico a fini energetici.
Il GeoWebGIS rappresenta la sintesi di un’intensa attività di ricerca pluriennale
svolta da RSE che ha riguardato la caratterizzazione del sottosuolo italiano e
mediante il quale è possibile consultare una mole notevole di dati geologici e
geofisici. Tra questi:
aree di potenziale interesse geotermico con indicazioni sintetiche sulla
posizione geografica, temperatura prevista, profondità del tetto del
serbatoio geotermico, tipo di risorsa, tipologia del serbatoio (roccia) e
sorgenti naturali presenti;
profili finali di pozzo suddivisi per scopo (oil/gas, stoccaggio gas e
geotermia);
sezioni 2D di sismica a riflessione onshore e offshore e sezioni geologiche 2D;
titoli minerari cessati e vigenti e concessioni di stoccaggio gas naturale;
giacimenti di idrocarburi scoperti (da diverse fonti);
sorgenti sismogenetiche e mappe relative a faglie e lineazioni, indizi
morfologici e lineazioni da satellite;
carte geologiche in scala 1:100.000;
diversi elaborati relativi ad aree potenziali di stoccaggio della CO2 e
caratterizzazioni geotermiche (curve isoflusso di calore, isoterme a -1.000,
-2.000, -3.000 metri di profondità);
mappa delle isocrone (TWT-Two Way Times) al tetto della formazione delle
Marne a Fucoidi nella Zona B dell’offshore adriatico;
carta gravimetrica;
misure sperimentali in fondali marini dei livelli e flussi di fondo naturali della
CO2 e classi di sorgenti di emissione;
▪▪
Area
Produzione di energia
elettrica e protezione
dell’ambiente
Progetto
Energia elettrica
da fonti geotermiche
▪▪
▪▪
▪▪
▪▪
▪▪
▪▪
▪▪
▪▪
▪▪
▪▪
sismologica mediante cataloghi di terremoti storici e moderni (1981-2013), catalogo Tsunami,
▪▪caratterizzazione
classificazione sismica su base comunale vigente e rischio associato in accelerazione;
diversi quali piattaforme offshore dismesse e attive o aree del territorio protette e suddivise in
▪▪tematismi
aree umide, riserve naturali statali, riserve naturali regionali, parchi nazionali, parchi naturali regionali, aree
protette non governative;
uso del suolo (ad esempio zone urbanizzate, zone industriali, reti di comunicazione, zone estrattive, acque,
discariche, eccetera);
dati amministrativi (Regioni, Province e Comuni, limite costiero, orografia, curve e punti batimetrici).
Lo strumento ha la peculiarità di aver integrato in un unico contenitore tutte le diverse tipologie di informazioni
elencate.
▪▪
▪▪
UTILIZZO DEL PRODOTTO
Il GeoWebGIS è uno strumento di consultazione particolarmente utile per le pubbliche amministrazioni coinvolte
nei processi decisionali e di controllo delle attività di esplorazione e sfruttamento delle risorse energetiche
presenti nel sottosuolo, e per gli stakeholders interessati alla valutazione delle potenzialità energetiche del
sottosuolo.
Il prodotto è di particolare interesse anche per ricercatori e studenti ed è consultabile previa una semplice
registrazione sul sito web del prodotto all’indirizzo: http://www.rse-web.it/prodotti/prodotto/132.
BIBLIOGRAFIA
R. Guandalini, G. Agate, Manuale d’uso del Sistema Integrato di Analisi GeoModellistica GeoSIAM-Versione 1.1,
RSE, Rapporto RdS 15000988, Febbraio 2015
F. Colucci, P. Federici, E. Rondena, G. Stella, Approfondimenti geologici per la risorsa geotermica in Italia,
RSE, Rapporto RdS 14000882, Febbraio 2014
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero
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Energie rinnovabili ed efficienza energetica
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#Security&Resilience
#Renewables
GeoSIAM
Sistema
integrato
di analisi
geomodellistica
CONTESTO
La simulazione numerica, anche grazie all’enorme sviluppo delle piattaforme di
calcolo, consente oggi lo studio di fenomeni fisici molto complessi, fornendo
informazioni spesso non ottenibili per altra via e a costi contenuti. Nel campo
delle scienze della terra, essa è diventata uno strumento fondamentale per
simulare fenomeni fisici che avvengono nel sottosuolo anche a grandi profondità
e che sono impossibili da riprodurre in laboratorio o assai difficili e onerosi da
indagare sperimentalmente.
Attualmente le tecniche di simulazione numerica sono ampiamente utilizzate
per lo studio delle problematiche connesse alla coltivazione di campi geotermici
e petroliferi, allo stoccaggio geologico sia di gas naturale sia di CO2 e allo
stoccaggio energetico con aria compressa (sistemi CAES – Compressed Air Energy
Storage), e in generale quando sia necessario caratterizzare una struttura
geologica dal punto di vista fluidodinamico, geomeccanico e geochimico.
La possibilità di utilizzare la modellazione numerica risulta fondamentale in un
contesto qual è quello italiano, dove ad una elevata complessità geologica e
morfologica del sottosuolo si associa spesso la mancanza di informazioni derivanti
dalla esistenza di impianti industriali in esercizio, con la sola eccezione dello
sfruttamento geotermico ad alta entalpia per la produzione di energia elettrica.
PRODOTTO
Area
Produzione di energia
elettrica e protezione
dell’ambiente
Progetto
Energia elettrica
da fonti geotermiche
Il Sistema Integrato di Analisi GeoModellistica (GeoSIAM), realizzato in RSE, è un
sistema modulare interattivo integrato portabile su tutte le più comuni
piattaforme di calcolo (Windows, Linux, Unix), che consente di eseguire tutte le
fasi di analisi di un sito geologico complesso quali la caratterizzazione
geologica, la stima della capacità di stoccaggio, la simulazione di diversi scenari
di iniezione/produzione, la valutazione della integrità del serbatoio e la
simulazione del monitoraggio basato sulla sismica a riflessione.
Il suo utilizzo è possibile attraverso una interfaccia grafica interattiva
appositamente progettata e realizzata, che consente di attivare di volta in volta i
moduli di elaborazione e di pre e post processamento dei dati. Il sistema include un
modulo di estrazione dei dati geologici basato sul data base GeoWebGIS, un
modellatore in grado di realizzare il modello di calcolo per tutti i moduli di
elaborazione inclusi nel sistema, più moduli di simulazione fluidodinamica,
geomeccanica e geochimica in grado di soddisfare le esigenze di analisi a diverso
livello di dettaglio, e una serie di strumenti di post processamento, tra cui un
visualizzatore grafico 3D di concezione avanzata. L’obiettivo di realizzare un
sistema accurato, versatile e nel contempo facilmente fruibile sia da utenti
interessati agli aspetti di controllo sia da utenti interessati a verifiche di fattibilità
di progetti industriali, è stato raggiunto realizzando l’interfaccia utente e i moduli
del sistema con criteri di massima portabilità, licenziabilità e basso costo, in
particolare utilizzando linguaggi di programmazione avanzata e software ausiliario
di tipo OpenSource. La struttura funzionale di GeoSIAM, gestita attraverso la
funzione di session management, consente di attivare singolarmente i moduli di
elaborazione e quelli ausiliari in modo tale che ciascun modulo operi come processo
indipendente in una struttura automatica di condivisione dei dati. GeoSIAM
rappresenta la naturale evoluzione del sistema SIAM, progettato per la simulazione
dello stoccaggio geologico della CO2.
UTILIZZO DEL PRODOTTO
Nell’ambito delle attività di RdS, il sistema di analisi modellistica è stato utilizzato, nelle sue diverse versioni, per
la caratterizzazione di un numero notevole di siti geologici nei diversi campi di applicazione. A titolo di esempio,
nell’ambito delle applicazioni legate allo stoccaggio geologico della CO2, sono stati studiati sia siti onshore in
Lombardia e in Sardegna, sia siti offshore, principalmente nel mare Adriatico, mentre nell’ambito delle
applicazioni legate alla produzione energetica da fonti geotermiche, sono stati studiati i campi geotermici di Torre
Alfina-Castel Giorgio e di Lucignano, allo scopo di valutare la sostenibilità di progetti di sfruttamento industriale
con impianti pilota di potenza massima pari a 5 MWe a ridotto impatto ambientale.
Il sistema è stato inoltre utilizzato per una serie di studi di sensitività per la ottimizzazione dal punto di vista della
efficienza di campi di sonde geotermiche e per la ricerca delle strutture geologiche ottimali per lo stoccaggio di
energia, ad esempio prodotta in eccesso da fonti rinnovabili quali centrali eoliche, mediante sistemi CAES.
L’ultima versione del sistema è stata specificatamente sviluppata per affrontare anche la caratterizzazione di
serbatoi geologici destinati alla produzione e/o allo stoccaggio di petrolio e gas naturale.
BIBLIOGRAFIA
R. Perego, R. Guandalini, L. Fumagalli, F.S. Aghib, L. De Biase, T. Bonomi, Sustainability evaluation of a medium
scale GSHP system in layered alluvial setting using 3D modeling suite, Geothermics, Ref. N. GEOT-D-14-00095 (in
press)
F. Colucci, R. Guandalini, Modelli geologici e simulazione numerica di sistemi geotermici, RSE, Rapporto RdS
15000985, Febbraio 2015
R. Guandalini, G. Agate, Manuale d’uso del Sistema Integrato di Analisi GeoModellistica GeoSIAM-Versione 1.1,
RSE, Rapporto RdS 15000988, Febbraio 2015
R. Guandalini, G. Agate, F. Colucci, F. Moia, GeoSIAM: an integrated 3D numerical modeling system for the
characterization of a geological reservoir for storage and geothermal purposes, 2nd Frontiers in Computational
Physics: Energy Sciences ETH Zurich,3-5 June 2015
F. Colucci, F. Moia, R. Guandalini, G. Agate, Numerical modeling for geological reservoir characterization, Int. CAE
Conf. 2015, Pacengo (Garda Lake), 19-20 October 2015
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#EnergyEfficiency
#Sustainability
E3
Centro
di competenza
per l’efficienza
energetica
negli edifici
CONTESTO
In Italia, i consumi energetici del settore residenziale sono in crescita; secondo
i dati diffusi da Eurostat nel 2013, essi hanno superato 34 milioni di tonnellate
equivalenti di petrolio (Mtep), ovvero il 29 per cento dei consumi finali del
nostro Paese. Dietro questi numeri ci sono molti sprechi. Si pensi che oltre il 65
per cento dei 12 milioni di edifici residenziali distribuiti in Italia è stato
realizzato più di quarant’anni fa, prima che fosse emanata una legge sulla
prestazione energetica in edilizia.
Nel frattempo in Italia sono state promulgate numerose leggi e creati vari
strumenti per favorire lo sviluppo dell’efficienza energetica, anche in risposta
agli indirizzi formulati in questo campo dall’Unione Europea che ha evidenziato
nella riqualificazione energetica del patrimonio edilizio una via preferenziale
per accrescere la sicurezza energetica e per conseguire gli obiettivi di riduzione
delle emissioni di CO2, stabilendo, tra l’altro, standard minimi di prestazione
energetica anche in termini di ristrutturazioni.
Perché, dunque, non si riesce a far decollare questo mercato? Quali sono i
margini di risparmio, i costi e le opzioni a disposizione? Come agire? Queste
sono alcune delle questioni a cui intende rispondere E3, centro di competenza
di RSE per l’efficienza energetica.
PRODOTTO
Area
Razionalizzazione
e risparmio nell’uso
dell’energia elettrica
Progetto
Risparmio di energia
elettrica nei settori
civile, industriale e servizi
Il centro di competenza E3 si caratterizza per la disponibilità e l’utilizzo di due
strumenti fra loro integrati e complementari: ANTARES (ANalisi Tecnico
economicA di interventi di Riqualificazione Energetica del parco edilizio
reSidenziale italiano) e APPEAL (Assistenza Per la Pianificazione in materia di
Efficienza energetica A enti Locali).
Sviluppato da RSE, ANTARES è un approccio metodologico che consente di proporre
interventi di riqualificazione energetica negli edifici residenziali, stimando sia
l’efficienza dell’azione sia l’efficacia e la sostenibilità economica dell’investimento.
ANTARES fa riferimento ad un catalogo di 140 edifici tipo (suddivisi per tipologia,
età di costruzione, localizzazione) e a una molteplicità di varianti di
riqualificazione energetica (involucro opaco, infissi, impianti con caratteristiche e
proprietà diverse) e/o loro combinazioni. ANTARES, utilizzando criteri di
valutazione che fanno riferimento alla normativa vigente europea e nazionale,
permette di individuare l’approccio ottimale per un intervento di riqualificazione
energetica. Tale valutazione può essere fatta da un punto di vista cost effective,
quindi basata sull’intero tempo di vita dell’intervento, o secondo una prospettiva
finanziaria, legata ad un valore di tempo di ritorno fissato oppure sulla base del
rapporto fra investimento e risparmio energetico conseguito.
APPEAL è invece una metodologia applicabile non solo al settore residenziale
ma anche ai principali settori di consumo (terziario, pubblica amministrazione,
illuminazione, industria) presenti su ampie estensioni di territorio (Comuni,
Province e Regioni). Essa non solo permette la stima dei consumi energetici
associati ai diversi settori di consumo e l’individuazione di proposte di
riqualificazione energetica secondo criteri di convenienza tecnica e economica,
ma fornisce anche un supporto metodologico per monitorare e verificare nel
tempo il trend di raggiungimento di obiettivi di efficienza previsti nei piani di
programmazione energetica.
ANTARES e APPEAL si integrano consentendo quindi la ricostruzione dettagliata dei consumi energetici territoriali,
potendo far riferimento all’ampia casistica degli edifici tipo per il settore residenziale o, per gli altri settori, a
studi interni RSE, a dati di ricerca o ad analisi di audit energetici svolti su campioni rappresentativi.
Rappresentazione schematica della metodologia utilizzata per stimare i potenziali risparmi energetici.
Caratterizzazione
dell’edilizia residenziale
Archivio degli edifici tipo
(archetipi)
Costruzione di una banca dati
degli edifici residenziali
Analisi costi-benefici
di riqualificazioni energetiche
Valutazione del potenziale
di risparmio energetico
UTILIZZO DEL PRODOTTO
Il centro di competenza E3 si rivolge in modo particolare ad istituzioni centrali e locali, offrendo supporto
nell’individuazione e nella valutazione di interventi di efficientamento energetico, nonché nella formulazione di
linee di indirizzo e di piani energetici.
E3 è stato già utilizzato per fornire supporto a:
MiSE, per la preparazione dei decreti di recepimento delle direttive europee sulla efficienza energetica;
AEEGSI, per la definizione del nuovo sistema tariffario per utenti domestici in fase di studio da parte dell’Autorità
e per valutazioni statistiche sui consumi dei clienti domestici che usufruiscono del bonus elettrico;
GSE, per la valutazione del potenziale di sviluppo della cogenerazione ad alto rendimento, per l’implementazione
di un modello per il monitoraggio e la valutazione delle ricadute economiche ed occupazionali dell’efficienza
energetica e per la valutazione dei consumi energetici della pubblica amministrazione;
Confindustria, per la definizione di proposte sul tema dell’efficienza energetica Smart Energy Project, 2015.
Inoltre E3 ha supportato numerose regioni, province e comuni italiani nella stesura di Piani Energetici e nella
definizione di obiettivi di efficienza energetica.
Si citano a tale riguardo: Regione Lombardia, Regione Emilia Romagna, Provincie di Reggio Emilia, Trento,
Alessandria; Comuni di Roma Capitale, Milano, Parma e Udine.
Anche società e utility private hanno beneficiato del centro di competenza E3: si cita come esempio Linea Group
Holding (LGH), che è stata supportata nella realizzazione di obiettivi di efficienza energetica da conseguire sul
patrimonio scolastico di 256 Comuni nell’area della Pianura Padana.
BIBLIOGRAFIA
A.Capozza, F. Carrara, M.E. Gobbi, F. Madonna, F. Ravasio, A. Panzeri, Supporto alle politiche energetiche,
rapporto RSE 14002104, 2014
RSE, Edifici Energeticamente Efficienti: un’opportunità, Monografia RSEview, Editrice Alkes, 2015, ISBN
9788890752759
Regione Emilia Romagna, Approvazione del programma pluriennale per le politiche abitative, Deliberazione
Assembleare Progr N 16, del 9 giugno 2015
Comune di Milano, Piano di Azione per l’Energia Sostenibile (PAES) del Comune di Milano: documento di piano, Aprile 2015
F. Carrara, F. Madonna, S. Maggiore, S. Vitale, Supporto scientifico alle istituzioni in tema di efficienza energetica,
rapporto RSE 15000304, 2015
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero
dello Sviluppo Economico – D.G. Nucleare,
Energie rinnovabili ed efficienza energetica
– in ottemperanza al DM, 8 marzo 2006.
Ricerca sul Sistema Energetico – RSE S.p.A.
Via Rubattino, 54 - 20134 Milano
Tel. 02 39921 - Fax 02 3992 5370
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#Smartness
Smartainability®
Metodologia
di valutazione
della sostenibilità
di soluzioni
per smart city
Area
Razionalizzazione
e risparmio nell’uso
dell’energia elettrica
Progetto
Risparmio di energia
elettrica nei settori
civile, industriale e servizi
CONTESTO
Il modello della smart city, pur sfuggendo ad una definizione rigida, sembra
essere il paradigma a cui molte città tendono ad adeguarsi per rispondere alle
nuove esigenze della cittadinanza nonché per rispondere a esigenze tradizionali
in maniera innovativa, efficace ed efficiente.
In generale il termine smart si riferisce all’introduzione di intelligenza
nell’erogazione dei servizi, anche se tale intelligenza viene per lo più
interpretata come l’uso diffuso di ICT (Information and Communication
Technology).
È diffusa inoltre l’idea che le smart city saranno anche città più sostenibili, ma
si pone il problema di valutare se e quanto lo saranno. Esistono diverse
metodologie di valutazione, tra le quali la più nota è la EU smart city ranking
della Teckniche Universitaet (TU) di Vienna, ma queste stimano quanto una città
sia smart o sostenibile attualmente, non permettendo di effettuare valutazioni
ex-ante. Per questo scopo RSE ha sviluppato Smartainability®, che con un
approccio e una metodologia innovativa, affronta il problema della sostenibilità
di soluzioni smart già nella fase della loro pianificazione.
PRODOTTO
Smartainability® si pone l’obiettivo di valutare quanto – grazie ad asset
tecnologici smart o abilitanti funzioni smart – l’ambiente urbano possa
diventare più sostenibile.
Smartainability® è un prodotto originale RSE che unisce insieme due
metodologie: la metodologia sviluppata dal JRC per l’analisi ACB (Analisi Costi
Benefici) delle smart grid e la metodologia della già citata TU di Vienna per la valutazione delle smart city. Dalla
prima deriva l’approccio matriciale asset-funzionalità-benefici-KPI (Key Performance Indicator) e dalla seconda gli
ambiti di analisi. Inoltre, ove possibile ed opportuno, nella quantificazione dei KPI viene utilizzato un approccio
LCA (Life Cycle Analisys).
Quella che ne deriva è una metodologia del tutto innovativa che permette di valutare ex ante il contributo che
l’implementazione sinergica di asset tecnologici potrà avere sulla sostenibilità di una realtà urbana.
I principali vantaggi di Smartainability® rispetto ad altre metodologie di analisi di smart city sono i seguenti:
valuta le ricadute sulla sostenibilità delle soluzioni smart prima che queste vengano applicate, fornendo
importanti indicazioni in fase di pianificazione;
stima i benefici con indicatori prevalentemente quantitativi;
non si limita ad enumerare gli sforzi che una amministrazione o una organizzazione compie verso
l’ammodernamento (ad esempio, il numero di veicoli elettrici) ma ne valuta i benefici (ad.es riduzione delle
emissioni) attraverso indicatori appropriati (tonnellate di CO2, e di PM2.5, …).
In estrema sintesi la metodologia Smartainability® si articola in:
individuazione dei cluster tecnologici e delle soluzioni innovative che abilitano funzionalità smart;
stesura delle matrici Asset-Funzionalità;
identificazione dei benefici generati dalle funzionalità attivate;
stesura delle matrici Funzionalità-Benefici;
scelta degli indicatori KPI più idonei per valutare i benefici generati;
stesura delle matrici Benefici-KPI;
quantificazione degli indicatori (KPI) valutati come differenza tre le prestazioni delle soluzioni innovative e di
quelle tradizionali.
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UTILIZZO DEL PRODOTTO
Smartainability® può essere utilizzata da enti territoriali (regioni, comuni, eccetera ) e organizzazioni pubbliche o
private per valutare e confrontare l’effettiva sostenibilità di interventi e soluzioni smart di vario genere e
tipologia.
Smartainability® in particolare è stata già applicata in due importanti occasioni:
nell’ambito di EXPO Milano 2015 per la valutazione della sostenibilità delle iniziative volte a fare del sito
espositivo un prototipo di smart city. In particolare, Smartainability® è stato applicato alle tecnologie fornite da
ENEL Distribuzione, ENEL Sole, TIM, CISCO, FCA Fiat Chrysler Automobiles – CNH Industrial.
in collaborazione con il Comune di Milano per la valutazione ed il miglioramento degli impatti previsti dai
progetti afferenti al bando di finanziamento SCC-01-2015 Smart Cities and Communities solutions integrating
energy, transport, ICT sectors through lighthouse projects.
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BIBLIOGRAFIA
R. Giffinger, C. Fertner, H. Kramar, R. Kalasek, N. Pichler-Milanovic, 2007 Smart cities – Ranking of European
medium-sized cities. Final report, Centre of Regional Science, Vienna UT, www.smart-cities.eu
V. Giordano, I. Onyeji, G. Fulli, M. Sanchez Jimenez, C. Filiou, 2012, Guidelines for conducting a cost-benefit
analysis of Smart Grid projects, JRC, www.jrc.europa.eu
L. Tavazzi, S. Lelli, F. Gnocchi, O. Mininni, V. Conti, 2012, Smart cities in Italia, un’opportunità nello spirito
del Rinascimento per una nuova qualità della vita, ABB, The European house – Ambrosetti, www.abb.it,
www.ambrosetti.eu
P. Girardi, A. Temporelli, 2015, La Smartainability® di Expo Milano 2015, RSE, Rapporto RdS 15000638, Milano,
www.rse-web.it
P. C. Brambilla et al, 2015, LCA delle misure di efficienza energetica: analisi dei vettori energetici, RSE,
Rapporto RdS 1500639, Milano, www.rse-web.it
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero
dello Sviluppo Economico – D.G. Nucleare,
Energie rinnovabili ed efficienza energetica
– in ottemperanza al DM, 8 marzo 2006.
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#Renewables
#EnergyEfficiency
SINCLER
Sistema
integrato di
climatizzazione
efficiente
rinnovabile
CONTESTO
Le Direttive europee 2010/31 e 2012/27 prevedono che le prestazioni
energetiche degli edifici civili siano, progressivamente, sempre più efficienti e
sostenibili. In Italia la Legge 90/2013, con i relativi decreti attuativi, fissa i
nuovi criteri per gli standard prestazionali degli edifici (involucro, impianti e
fonti rinnovabili) al fine di raggiungere gli obiettivi fissati a livello europeo in
materia di edifici a consumo quasi zero (NZEB).
Per rispettare queste prescrizioni, in particolare per la climatizzazione e la
produzione di acqua calda sanitaria (ACS), occorre prevedere l’impiego di
tecnologie che utilizzino fonti rinnovabili e le cui soluzioni siano
energeticamente efficienti ed economicamente sostenibili.
Al fine di valutare la fattibilità e le prestazioni di soluzioni tecnologiche in
grado di soddisfare i requisiti di legge, RSE ha realizzato SINCLER, un Sistema
Integrato di Climatizzazione Efficiente Rinnovabile, formato da pannelli solari
integrati con una pompa di calore e con soluzioni efficienti per la diffusione e il
controllo della climatizzazione.
PRODOTTO
Area
Razionalizzazione
e risparmio nell’uso
dell’energia elettrica
Progetto
Utilizzazione del calore
solare e ambientale
per la climatizzazione
SINCLER è un impianto pilota studiato per soddisfare i requisiti di legge sulla
prestazione energetica di edifici nuovi o soggetti a riqualificazione; grazie,
infatti, all’utilizzo integrato di tecnologie a fonti rinnovabili, di un sistema
efficiente di distribuzione e di sistemi di controllo e di recupero del calore
dell’acqua reflua, è in grado di soddisfare i fabbisogni di climatizzazione e di
produzione di acqua calda sanitaria (ACS) di edifici ad uso civile, in larga misura
con fonti rinnovabili.
La climatizzazione è garantita dall’utilizzo integrato di una Pompa di Calore
reversibile (PdC), del tipo a tecnologia Inverter DC, e di pannelli solari ibridi in
grado di trasformare la radiazione solare incidente in energia sia elettrica, sia
termica. La produzione di ACS è assicurata dai pannelli solari ibridi con sistema
di accumulo; se necessario l’ACS è integrata dall’acqua calda proveniente dal
serbatoio della PdC.
Questa soluzione consente di ottimizzare le prestazioni dei pannelli ibridi e di
ridurre i consumi della PdC, in quanto, operando a basse temperature
all’interno del serbatoio di accumulo, si favorisce la produzione termica ed
elettrica dei pannelli.
SINCLER è stato progettato e sperimentato nella taglia idonea a soddisfare le
esigenze di un edificio monofamiliare di piccole dimensione (7 kWth); la sua
configurazione, tuttavia, è potenzialmente estendibile anche a soluzioni di
maggiori dimensioni.
La distribuzione di freddo e caldo avviene tramite un sistema idronico con
ventilconvettori. Infine, SINCLER è anche predisposto di uno scambiatore per il
recupero dell’energia termica dall’acqua calda sanitaria inviata alla rete delle
acque reflue da apparecchi idrosanitari che contemporaneamente richiedono e
scaricano acqua calda.
Le performance energetiche del sistema sono eccellenti. Il rendimento dei
pannelli ibridi, nella configurazione adottata nell’impianto sperimentale, oltre
ad avere un apprezzabile rendimento termico, assicura – a parità di radiazione
solare incidente – una produzione elettrica maggiore di circa il 3 per cento
rispetto a quella di un analogo pannello con le stesse celle fotovoltaiche, mentre le performance della pompa di
calore sono in linea con quanto atteso.
Il sistema di recupero dell’acqua reflua permette, inoltre, di ridurre di quasi un 1/3 l’energia necessaria per
produrre l’ACS.
SINCLER è economicamente sostenibile avendo tempi di recupero dell’investimento significativamente al di sotto
della vita tecnica del sistema. Infatti, a fronte dei flussi di cassa derivanti dai minori costi dei combustibili,
SINCLER ha tempi di ritorno dell’investimento di circa 8 anni se installato in edifici con classe energetica A e di 5
anni se installato in edifici con classe energetica D.
La sperimentazione di SINCLER è stata effettuata presso un laboratorio RSE realizzato presso l’incubatore
d’impresa BIC (Business Innovation Centre) Umbria di Terni. Tale incubatore è gestito da Sviluppumbria, società
regionale per lo sviluppo economico dell’Umbria, che ha il compito di promuovere proposte pilota con soluzioni
tecnologiche innovative, economicamente sostenibili e replicabili, per stimolare la domanda di innovazione sul
territorio.
UTILIZZO DEL PRODOTTO
SINCLER è un impianto pilota realizzato non solo per dare evidenza della fattibilità di progetti energeticamente
efficienti ed economicamente sostenibili, ma anche per supportare fornitori di tecnologie e consumatori con
risultati sperimentali a scala reale, favorendo lo sviluppo e stimolando la domanda di innovazione sul tema
dell’energia e della green economy.
SINCLER si configura, infatti, come una test facility per la sperimentazione di nuove soluzioni impiantistiche e/o
per il confronto delle prestazioni energetiche, sia dell’intero sistema, sia dei singoli componenti.
BIBLIOGRAFIA
L. Croci, S. Viani, Impianto integrato (pannelli solari ibridi, fotovoltaici, termici e PdC) per la climatizzazione degli
edifici e la produzione di acqua calda sanitaria: caso studio presso BIC Terni, rapporto RSE 15000327, 2015
S. Viani, L. Croci, Studio di un sistema integrato per la climatizzazione degli edifici (pannelli solari ibridi + PdC):
caso studio presso BIC Terni, rapporto RSE 14002703, 2014
Piattaforma web http://eerisultati.rse-web.it/index.php?option=com_content&view=article&id=8&Itemid=111
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero
dello Sviluppo Economico – D.G. Nucleare,
Energie rinnovabili ed efficienza energetica
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#Renewables
#EnergyEfficiency
METESCO
Sistema
innovativo
di solar cooling
a media
temperatura
a ciclo chiuso
CONTESTO
La Direttiva europea 2010/31, che unitamente alla 2012/27, prevede per gli
edifici del settore civile prestazioni progressivamente sempre più efficienti e
sostenibili, è stata recepita a livello nazionale dalla Legge 90/2013. Tale
riferimento legislativo fissa i nuovi criteri per gli standard prestazionali degli
edifici (involucro, impianti e fonti rinnovabili) al fine di raggiungere gli obiettivi
fissati a livello europeo in materia di edifici a consumo quasi zero.
Per quanto riguarda la climatizzazione e la produzione di acqua calda sanitaria
(ACS) occorre prevedere l’impiego di soluzioni tecnologiche che utilizzino fonti
rinnovabili e che siano energeticamente efficienti ed economicamente
sostenibili.
A tale riguardo gli impianti di solar cooling costituiscono una soluzione
particolarmente interessante, poiché consentono di:
ottenere un effettivo risparmio di energia primaria;
impiegare efficacemente la fonte rinnovabile, in quanto permettono la
produzione del freddo in corrispondenza dei periodi di maggior richiesta di
energia frigorifera ed in corrispondenza della maggior radiazione solare;
ridurre i picchi di assorbimento estivi causati dagli impianti di
condizionamento tradizionali.
RSE, dopo una attenta attività di monitoraggio di impianti di solar cooling di
diversa tipologia installati sul territorio italiano, ha orientato la sua attenzione
verso sistemi a media temperatura, che, con costi di investimento decisamente
inferiori, permettono di ottenere risparmi energetici molto vicini ai sistemi a
bassa temperatura basati su tecnologia DEC (Desiccant Evaporative Cooling).
Per valutare sperimentalmente prestazioni energetiche e sostenibilità
economica degli impianti di solar cooling a media temperatura, RSE ha
sviluppato nei propri laboratori l’impianto pilota METESCO.
▪▪
▪▪
▪▪
Area
Razionalizzazione
e risparmio nell’uso
dell’energia elettrica
Progetto
Utilizzazione del calore
solare e ambientale
per la climatizzazione
Postazione di controllo impianto Solar Cooling.
PRODOTTO
L’impianto pilota METESCO (Medium Temperature Solar Cooling) si basa su una
soluzione a ciclo chiuso, impiegando collettori parabolici lineari abbinati ad un
frigorifero ad assorbimento a doppio effetto ad alta efficienza.
In dettaglio METESCO è costituito da:
sistema di captazione dell’energia solare a concentrazione in grado di portare il fluido termovettore (acqua)
▪▪unad una
temperatura compresa tra 100 e 250 °C; il campo di collettori solari installato è costituito da 5 moduli
parabolici base connessi in serie e movimentati da un unico motore di azionamento;
un sistema di accumulo caldo;
un chiller (refrigeratore) ad assorbimento a doppio effetto a bromuro di litio, della potenza nominale di 23 kW,
per la produzione di acqua refrigerata ad una temperatura compresa tra 7 e 14 °C;
una caldaia d’integrazione in grado di produrre il calore necessario per alimentare il chiller qualora l’apporto
solare risultasse insufficiente;
un sistema di accumulo “freddo” ed un simulatore del carico termico/frigorifero.
Le performance energetiche del sistema sono risultate eccellenti. I collettori solari parabolici raggiungono
un’efficienza di conversione superiore al 50 per cento, mentre il COP (Coefficient Of Performance) termico del
chiller è prossimo all’unità.
Il software di controllo sviluppato garantisce un’ottimizzazione dei consumi elettrici ausiliari durante il
funzionamento, garantendo un COP elettrico superiore a 10. Il risparmio di energia primaria rispetto ai sistemi
tradizionali è superiore al 50 per cento su base stagionale.
▪▪
▪▪
▪▪
▪▪
Collettori solari a concentrazione.
UTILIZZO DEL PRODOTTO
L’impianto pilota METESCO è un dimostratore in grado di dare evidenza delle prestazioni e della sostenibilità
economica della tecnologia solar cooling a media temperatura e della sua replicabilità. La stazione sperimentale
realizzata da RSE è risultata infatti essere estremamente flessibile nell’assetto di funzionamento e se ne può
prevedere il suo utilizzo come test facility, permettendo il test del sistema complessivo, la sperimentazione di
tecnologie a concentrazione (tubi ricevitori) e di macchine frigorifere, nonché lo sviluppo e la sperimentazione di
logiche di controllo ottimizzate per sistemi solari.
BIBLIOGRAFIA
A. Rossetti, F. Armanasco, Progettazione ed avvio della realizzazione dell’impianto di Solar Cooling a media
temperatura, RSE, Rapporto RdS prot. 14001801
A. Rossetti, F. Armanasco, E. Caracciolo, Impianto sperimentale di solar cooling all’interno della test facility
aziendale di RSE, RSE, Rapporto RdS prot. 15000327
A. Rossetti, F. Armanasco, Performance evaluation of a medium-temperature solar cooling plant, 69th Conference
of the Italian Thermal Machines Engineering Association, ATI2014
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero
dello Sviluppo Economico – D.G. Nucleare,
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#Grid&Components
#Smartness
LIME
Laboratorio per
l’interoperabilità
della mobilità
elettrica
con le smart grid
CONTESTO
Negli ultimi cinque anni il panorama nel campo della mobilità elettrica si è
modificato rapidamente e in maniera sostanziale. La discesa in campo dei
grandi costruttori di veicoli ha comportato un sensibile miglioramento delle
soluzioni tecnologiche adottate e, al contempo, una prima riduzione dei costi e
un piccolo ma costante aumento delle immatricolazioni anche nel nostro Paese.
In tale situazione, molte restano le sfide tecnologiche aperte, in particolare
nell’ottica di una necessaria integrazione della mobilità elettrica nel complesso
e sempre più dinamico sistema elettro-energetico nazionale. A quest’ultimo
riguardo il concetto chiave di interoperabilità rappresenta infatti un tassello
fondamentale per rendere la mobilità elettrica una preziosa opportunità per le
smart grid del futuro.
PRODOTTO
Nel corso di sei anni di ricerca sul tema della mobilità elettrica, RSE ha
sviluppato esperienze, competenze ed asset di particolare rilievo, e le ha
condensate e strutturate all’interno di un laboratorio polifunzionale in grado di
rispondere ad ampie esigenze di studio e ricerca, avendo come centro focale
l’integrazione del veicolo in rete, sia dal punto di vista puramente elettrico
(impatto armonico, immunità, EMC, …), sia dal punto di vista ICT (Information
and Communication Technology).
Il laboratorio LIME (Laboratorio per l’Interoperabilità della Mobilità Elettrica
con le smart grid) è costituito da un insieme di dispositivi e applicativi per
ricerche, test e misure, con l’obiettivo di verificare l’interoperabilità dei veicoli
elettrici con i dispositivi di ricarica degli stessi e l’interoperabilità dei
dispositivi di ricarica con le future smart grid, attraverso i più diffusi protocolli.
I principali elementi costituenti il laboratorio LIME sono:
il simulatore di rete, che consente di alimentare i sistemi di ricarica sia con
grandezze elettriche perfettamente sinusoidali sia con grandezze aventi un
contenuto armonico, permettendo in questo modo la verifica di immunità del
sistema colonnina-auto;
il sistema di monitoraggio MICOL (MIsure COLonnina), per valutare l’impatto
armonico della ricarica dei veicoli sulla rete. Tale analisi riveste un ruolo
fondamentale nello studio dei veicoli elettrici, nell’ipotesi di un’integrazione
delle colonnine di ricarica nelle reti di distribuzione in bassa tensione;
il sistema di ricarica con generatore PWM (Power Width Modulation)
completamente configurabile, che permette di valutare la risposta e la
robustezza dei caricatori a bordo auto rispetto alle richieste di modulazione
di frequenza da parte delle colonnine di ricarica;
l’ambiente di prova dei protocolli di comunicazione per effettuare prove di
interoperabilità tra le interfacce veicolo–sistema di alimentazione e sistema di
alimentazione–distributore elettrico utilizzando il protocollo Open Charging Point
Protocol (OCPP), arrivando anche a includere l’interazione con le Smart Grid;
il ciclatore, che consente di sottoporre moduli e pacchi batterie veicolari
a cicli di carica/scarica con diversi profili, con lo scopo di misurare le
prestazioni dei sistemi di accumulo riproducendo le condizioni di lavoro reali;
il banco prova del veicolo elettrico con Range-Extender, che permette di
simulare diverse configurazioni di powertrain.
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▪▪
Area
Razionalizzazione
e risparmio nell’uso
dell’energia elettrica
Progetto
Mobilità elettrica
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Strumentazione prove batterie (Ciclatore 600 V CC - Camera climatica 25 m3 – Ciclatore 150 V, 20 kW).
Simulatore veicolo elettrico con range-extender: Schema, REX a banco, mappa di funzionamento.
UTILIZZO DEL PRODOTTO
Il laboratorio LIME dispone della struttura ottimale per verificare la conformità, l’interoperabilità e le performance
di tutti i sistemi che compongono l’infrastruttura di ricarica per i veicoli elettrici.
Punto di forza di LIME è infatti la capacità di utilizzare asset e apparecchiature, sfruttandole sinergicamente ed
adattandone le potenzialità con l’obiettivo generale di analizzare approfonditamente le caratteristiche elettriche
e ICT di componenti e procedure che intervengono sia in fase di moto del veicolo sia, soprattutto, in fase di
ricarica dello stesso.
Più in particolare, LIME permette di svolgere:
misure delle grandezze elettriche durante le fasi di ricarica;
prove sui protocolli di comunicazione;
prove sulle batterie ad uso veicolare;
prove su simulatore di veicolo ibrido di serie.
Il laboratorio che è risultato di grande aiuto nell’ambito di progetti UE (Cotevos, Free Moby), è stato già utilizzato
in varie collaborazioni con soggetti industriali ed enti di ricerca (Iveco Altra, CNH Industrial, Opac Power, Lithops,
Toe, Ifevs, Edi Progetti e Politecnico di Milano) e può essere di interesse per produttori di componenti
e di infrastrutture di ricarica dei veicoli elettrici e per gli stessi produttori di veicoli elettrici.
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BIBLIOGRAFIA
E… muoviti! Mobilità elettrica a sistema, RSEview, Editrice Alkes, ISBN 9788890752735
Progetto EU COTEVOS: http://cotevos.eu
S. Celaschi, P. Groppelli, D. Pala, M. Rossi, M. Gjelaj, Interazione del Sistema veicolo elettrico + colonnina
con le Smart Grid, RSE, Rapporto RdS 15000739, Febbraio 2015
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero
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Energie rinnovabili ed efficienza energetica
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#Sustainability
NEOMAG
Processo
di recupero
di neodimio
da magneti
CONTESTO
Il neodimio (Nd), grazie alle proprietà magnetiche che impartisce, è uno degli
elementi delle terre rare maggiormente utilizzato nel settore dell’elettronica di
consumo, della green economy e della e-mobility. Considerato il vasto spettro di
prodotti e di applicazioni che utilizzano questo metallo, negli ultimi anni la sua
domanda sul mercato ha riscontrato una notevole espansione, destinata ad
aumentare nel prossimo decennio, data la rapida crescita del mercato high tech.
Le fonti di approvvigionamento primario del neodimio si trovano localizzate
quasi esclusivamente in Cina che quindi ne monopolizza di fatto la fornitura.
Questa situazione è evidentemente un problema, sia dal punto di vista
economico che dal punto di vista strategico – commerciale, e quindi il ricorso al
recupero e all’estrazione di tale metallo dai rifiuti elettronici (RAEE)
rappresenta una concreta esigenza tecnico-economica. Ciononostante, non
esiste ancora un processo industrializzato per il riciclo delle terre rare, e in
particolare del Nd, benché negli ultimi anni gli sforzi scientifici si stiano
concentrando sempre maggiormente su queste tematiche.
Prodotto della reazione
di precipitazione.
Soluzione di NdF3 prima
dell’anidrificazione in flusso di N2.
Area
Razionalizzazione
e risparmio nell’uso
dell’energia elettrica
Progetto
Mobilità elettrica
PRODOTTO
NEOMAG è un processo innovativo ed efficiente studiato da RSE per l’ottenimento di sali di neodimio di elevata
purezza da scarti derivanti dai veicoli elettrici (motori) e/o da altri componenti a fine vita del sistema elettrico.
Il processo, messo a punto su scala di laboratorio, prevede di recuperare il Nd (e le altre terre rare presenti), dai
magneti NdFeB sotto forma di sali fluorurati dai quali, per processi redox già consolidati industrialmente, si ricava
direttamente il Nd metallico.
Il processo NEOMAG prevede un pretrattamento dei magneti a basso impatto energetico, durante il quale questi
vengono smagnetizzati termicamente e frantumati in dimensioni di circa 5 mm.
I magneti vengono lisciviati a temperatura ambiente in acido cloridrico diluito, e successivamente, per aggiunta di
NaF, vengono precipitati selettivamente i fluoruri delle terre rare.
Questi sali vengono ricristallizzati a elevate purezze attraverso un digestore a microonde.
Il processo NEOMAG è stato attualmente testato sino a 20 grammi di prodotto da trattare e permette di recuperare
sino a più dell’80 per cento di Nd contenuto nei magneti, operando in condizioni ambientali blande e, ovviando
all’uso di HF, sicure per l’operatore.
UTILIZZO DEL PRODOTTO
RSE ha individuato con il processo NEOMAG una possibile modalità di recupero del neodimio da scarti derivanti dei
motori di veicoli elettrici e componenti high-tech. È necessario ora procedere allo sviluppo del metodo su scala
industriale, in modo da sfruttare al meglio le urban mining, aumentare la sostenibilità ambientale riducendo le
necessità di estrazione del minerale, e ridurre i rischi legati a posizioni monopolistiche nella fornitura.
Sul progetto NEOMAG è stato manifestato un vivo interesse da parte di una società italiana proprietaria di impianti
pilota di recupero di materiali rari da scarti industriali. La società ha mostrato la disponibilità a effettuare test per
il recupero di Nd su scala industrialmente rilevante.
BIBLIOGRAFIA
Suthipong Sthiannopkao, Ming Hung Wong, Handling e-waste in developed and developing countries: Initiatives,
practices and consequences, Science of the total environment, 2012
S. Walker, Breaking the rare-earth monopoly, Engineering & Mining Journal, Dec 2010, Vol. 211 Issue 10
V. Regis, I materiali della green economy: le terre rare, www.energheiamagazine.it
Oko Institute eV final report: Study on Rare Earths and their recycling, www.oeko.de/oekodoc/1112/2011-003-en.pdf
M. Balordi, Recupero dei metalli delle terre rare da RAEE; metodiche ottimizzate di estrazione del neodimio, RSE,
Rapporto RdS, 15000686, Febbraio 2015
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero
dello Sviluppo Economico – D.G. Nucleare,
Energie rinnovabili ed efficienza energetica
– in ottemperanza al DM, 8 marzo 2006.
Ricerca sul Sistema Energetico – RSE S.p.A.
Via Rubattino, 54 - 20134 Milano
Tel. 02 39921 - Fax 02 3992 5370
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I Prodotti Emblematici illustrati in questo volume si vanno ad aggiungere a quelli sviluppati da RSE nel precedente
triennio di Ricerca di Sistema (2009-2011), come di seguito elencati.
AREA
PROGETTI RDS 2009-2011 E RELATIVI PRODOTTI EMBLEMATICI
Governo, gestione
STUDI SULLO SVILUPPO DEL SISTEMA ELETTRICO E DELLA RETE ELETTRICA NAZIONALE
e sviluppo del sistema
REBUS – Metodologia per la regionalizzazione degli obiettivi nazionali
elettrico nazionale
per lo sviluppo delle fonti rinnovabili
REALISEGRID – Metodologia e strumenti di ranking per la pianificazione
di interconnessioni paneuropee
LINEAR – SW applicativo per la valutazione di stabilità oscillatoria di grandi reti
interconnesse
TESCAR – Protocolli di prova e sperimentazione per lo sviluppo di un conduttore
innovativo in fibra di carbonio
ILENA – Sistema robotizzato per l’ispezione delle linee elettriche aeree
QuEEN – Monitoraggio della qualità della tensione nelle reti MT mediante
il sistema QuEEN
RICERCHE SU RETI ATTIVE, GENERAZIONE DISTRIBUITA E SISTEMI DI ACCUMULO
VoCANT – SW per il controllo di una rete attiva MT
SoRSE – Sistema multisensore per il monitoraggio di quadri di media tensione
GDPint – Applicazione web per la progettazione dei distretti energetici
COLLABORAZIONI INTERNAZIONALI E SVILUPPO COMPETENZE IN MATERIA NUCLEARE
PWR – Simulatore di un impianto PWR da 1.600 MWe
Produzione
STUDI SU POTENZIALI SVILUPPI DELLE ENERGIE RINNOVABILI
di energia elettrica
HALTFLOOD/PREVIFLOW – Gestione “dinamica” dei grandi invasi idroelettrici durante
e protezione
eventi di piena e previsione di produzione per gli impianti ad acqua fluente
dell’ambiente
TRITONE – Supporto allo sviluppo delle fonti di energia offshore in un quadro
di gestione integrata delle coste
STUDI SUL FOTOVOLTAICO CON CONCENTRAZIONE SOLARE
MOCVD – Laboratorio MOCVD per la realizzazione di celle fotovoltaiche
a concentrazione
STUDI SULLA PRODUZIONE LOCALE DA BIOMASSE E SCARTI
CORRMON – Sistema integrato di monitoraggio della corrosione in impianti operanti
in co-combustione CSS/biomassa – carbone fossile
OBAMA – Sistema integrato di previsione e misura della frazione di energia rinnovabile
prodotta da impianti che utilizzano combustibili ibridi
STUDI SULL’UTILIZZO PULITO DEI COMBUSTIBILI FOSSILI
E CATTURA E STOCCAGGIO DELLA CO2
S2C2 – Impianto pilota per la cattura post-combustione della CO2 con sorbente solido
SIAM – Sistema integrato di analisi modellistica per il confinamento geologico della CO2
AMERIGO – Lander bentico autonomo per il monitoraggio del flusso di CO2
sul fondale marino
Razionalizzazione
STUDI E VALUTAZIONI SULL’USO RAZIONALE DELL’ENERGIA ELETTRICA
e risparmio nell’uso
LIONHV – Apparato per la verifica in tensione dell’accuratezza dei trasformatori
dell’energia elettrica
di misura in AT-HVSR
SFCL – Il primo limitatore di corrente superconduttivo installato nella rete
di distribuzione italiana
HECCE – Centro di competenza per le pompe di calore
IMPATTO SUL SISTEMA ELETTRICO DELLA POTENZIALE DIFFUSIONE
DEI VEICOLI ELETTRICI
RSE-MOVE – Centro di competenza per i veicoli elettrici in rete
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