Accordo di Programma con MiSE. Piano Annuale di Realizzazione 2014

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1 Accordo di Programma con MiSE Piano Annuale di Realizzazione 2014 RSE prot Febbraio 2015 Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 1 di 360

2 INDICE PREMESSA... 3 PREVENTIVO DEI PROGETTI... 5 AREA 1 - GOVERNO, GESTIONE E SVILUPPO DEL SISTEMA ELETTRICO NAZIONALE Progetto A.1: Evoluzione e sviluppo del sistema elettrico nazionale Progetto A.2: Trasmissione e distribuzione dell energia elettrica Progetto A.3: Generazione distribuita e reti attive Progetto A.4: Accumulo di energia elettrica AREA 2 - PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA E PROTEZIONE DELL AMBIENTE Progetto B.1.1: Energia elettrica da biomasse Progetto B.1.2 / B.1.5: Energia elettrica da fonte eolica e da fonte marina Progetto B.1.3: Energia elettrica da fonte solare Progetto B.1.6: Energia elettrica da fonti geotermiche AREA 3 - RAZIONALIZZAZIONE E RISPARMIO NELL USO DELL ENERGIA ELETTRICA Progetto C.1: Risparmio di energia elettrica nei settori: civile, industria e servizi Progetto C.3: Utilizzazione del calore solare e ambientale per la climatizzazione Progetto C.4: Mobilità Elettrica ABBREVIAZIONI E ACRONIMI Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 2 di 360

3 PREMESSA In questo documento vengono descritte le attività da sviluppare e gli obiettivi da raggiungere con il Piano Annuale di Realizzazione 2014, terzo anno dell Accordo di Programma triennale stipulato l 11 Aprile 2013 tra Ministero dello Sviluppo Economico e RSE SpA. Le attività si inquadrano in quelle indicate nel Piano Triennale per la Ricerca di Sistema elettrico (allegato A) del Decreto del Ministro dello Sviluppo Economico del 9 novembre 2012 pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale della Repubblica Italiana Serie generale Anno 154 n 25 del 30 gennaio Il presente Piano Annuale di Realizzazione (PAR) è redatto, per ciascun progetto, sotto forma di schede sintetiche di attività che espongono gli elementi previsti dal citato Accordo di Programma. La struttura del PAR 2014 riprende essenzialmente quella del Piano Triennale sopra citato, in quanto consente una migliore tracciabilità e favorisce il coordinamento con gli altri assegnatari, ed è stato elaborato recependo le indicazioni formulate nel Decreto MiSE 11 Dicembre 2014, recante Approvazione del Piano operativo 2014 della ricerca di sistema elettrico nazionale ) pubblicato in Gazzetta Ufficiale Serie Generale n. 30 del Le attività del Piano hanno preso avvio nel mese di Marzo 2014 in parziale affiancamento con la conclusione del PAR 2013, sulla base di un autonoma iniziativa di RSE, nelle more della definizione del Decreto citato. A seguito della proposta di Piano Operativo Annuale formulato dall'autorità per l'energia elettrica, il gas e il sistema idrico, nelle funzioni del Comitato di Esperti di Ricerca per il Sistema Elettrico (CERSE) pubblicata con Delibera AEEGSI 495/2014/RdS del 16 Ottobre 2014, sono state apportate alcune modifiche alla versione iniziale. Successivamente, dopo la firma del Decreto del 11 Dicembre 2014 e a valle della riunione dei beneficiari degli Accordi di Programma tenutasi presso il Ministero dello Sviluppo Economico in data , è stato predisposto il presente documento definitivo, che tiene conto anche delle decisioni prese in materia di finanziamento dei progetti. Oltre alle indicazioni pervenute dal Ministero dello Sviluppo Economico (MiSE), sono state tenute in considerazione le raccomandazioni degli esperti che hanno valutato i precedenti Piani Annuali e le prescrizioni formulate dal MiSe ai fini dell ammissibilità dei Piani di Realizzazione. Si è tenuto inoltre conto dell evoluzione dello Strategic Energy Plan dell Unione Europea e delle posizioni espresse dai rappresentanti italiani nello Steering Committee, nei Team delle Iniziative Industriali Europee e nei Joint Project della European Energy Research Alliance. Il PAR 2014 garantisce la continuità con le attività di ricerca condotte da RSE nei precedenti anni del Piano Triennale, per consentire la realizzazione di prodotti finali al termine del presente periodo triennale. I progetti, con le relative risorse assegnate, sono suddivisi nelle 3 aree tematiche ed hanno un costo complessivo a carico del Fondo per la Ricerca di Sistema di 28,9 milioni di euro. Le risorse economiche necessarie per il PAR 2014 sono state individuate nella citata riunione del , suddividendo tra gli assegnatari gli importi complessivi previsti dal POA. La stima dei costi di ogni progetto (tabella 1) è stata effettuata distinguendo le voci di rendicontazione, secondo quanto descritto nella Delibera 19/2013/RDS del 24 Gennaio 2013 dell Autorità per l Energia Elettrica e il Gas Proposta al Ministero dello Sviluppo Economico per l adozione di modalità di rendicontazione e di criteri per la determinazione delle spese ammissibili per le attività di ricerca svolte nell ambito degli Accordi di Programma, ai fini dell attuazione del piano triennale della Ricerca di Sistema elettrico nazionale. Relativamente alla partecipazione di RSE ai progetti comunitari, per i progetti di Ricerca di Sistema (RdS) che prevedono un cofinanziamento, in tabella 1 sono stati indicati, per ogni progetto UE i relativi costi e la previsione dell entità del finanziamento atteso nel periodo di riferimento. Nella tabella 2, per ogni progetto Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 3 di 360

4 europeo sono indicati, oltre al finanziamento atteso per il periodo di riferimento, anche la complessiva estensione temporale di ogni progetto e il finanziamento complessivo UE. Si è curato, nella stesura del Piano e nella definizione del dettaglio delle attività, il coordinamento con gli affidatari degli altri Accordi di Programma (ENEA e CNR), realizzato sia con iniziative formalizzate (con la presenza di MiSE), sia in modo spontaneo con contatti tra i ricercatori impegnati nei progetti. E prevista la collaborazione con altri centri di ricerca e con Dipartimenti Universitari (sia con l affidamento di specifici incarichi, sia con intese bilaterali di collaborazione non onerosa) e la creazione di opportunità di stage e di iniziative di formazione sui temi dei Progetti in corso nei confronti dei giovani che si preparano a operare nel settore elettro-energetico. La diffusione dei risultati verrà assicurata dalla pubblicazione dei rapporti (deliverable) oltre che sul sito curato dalla Cassa Conguaglio Settore Elettrico (CCSE), anche sul sito aziendale curando l indicizzazione e la catalogazione in modo da facilitare il reperimento delle informazioni. Sullo stesso sito saranno resi disponibili i prodotti software menzionati nelle schede dei singoli progetti. Le modalità di accesso saranno tali da consentire il download o l utilizzo interattivo ovvero, per casi più complessi, attivando richieste agli incaricati RSE. Proseguirà inoltre la diffusione tramite le occasioni offerte dai periodici scientifici nazionali ed internazionali e dalla collaborazione con testate di divulgazione diffuse nel settore, sia nella modalità stampa, sia su rete web. I risultati verranno presentati in congressi e convegni scientifici, come pure in alcune selezionate occasioni di eventi del settore dove incontrare operatori e pubblico. Sono state considerate le migliori opportunità di diffusione dei risultati a beneficio degli utenti del Sistema Elettrico, con particolare riferimento al supporto alle Pubbliche Amministrazioni (in primis il MiSE stesso, l AEEGSI e gli Enti Locali), agli operatori del sistema (GSE, imprese di generazione, trasporto e distribuzione), all industria (fornitori di impianti/componenti elettromeccanici, integratori/sviluppatori di soluzioni tecnologiche, PMI) per consentire la validazione di risultati delle ricerche svolte. Le partnership e le interazioni programmate consentiranno di accedere ai dati, agli impianti, alle informazioni delle varie categorie d interlocutori, e di promuovere la diffusione delle ricerche fin dal momento della loro pianificazione ed esecuzione. Verrà inoltre potenziata la diffusione dei risultati attraverso la partecipazione ai Comitati degli Enti di normativa e standardizzazione tecnica sia nazionali (CEI, UNI, CTI), sia europei (CEN, CENELEC) e internazionali (IEC, ISO). Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 4 di 360

5 PREVENTIVO DEI PROGETTI Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 5 di 360

6 Area 1: Governo, gestione e Sviluppo del Sistema elettrico nazionale PROGETTI Ore personale dipendente Costi personale dipendente (A.1) Costi personale non dipendente (A.2) Costi di personale (A1+A.2) Costi per strumenti, attrezzature, software specifico Costi di esercizio Costi per servizi di consulenza, acquisizione di competenze tecniche, brevetti Viaggi e missioni Spese generali supplementari (costi indiretti) Totale costi Totali finanziamenti UE RdS (Ore) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) A.1 Evoluzione e sviluppo del sistema elettrico nazionale 1 Scenari elettrici e clima Subtotale linea Scenari dei sistemi elettroenergetici e impatto dello sviluppo delle fonti rinnovabili UE DYNERGYSteel Subtotale linea La flessibilità del parco di generazione UE SAMBA Subtotale linea Sicurezza del sistema elettrico italiano, includendo l'analisi di reti di trasporto in corrente continua AFTER UE itesla BESTPATHS Subtotale linea Strumenti di pianif icazione e studi di espansione della rete di trasmissione INSPIRE-Grid UE ehighway ebadge GridTech Subtotale linea Totale A.2 Trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica Gestione e sviluppo degli asset delle reti di trasmissione e di distribuzione Gestione e sviluppo linee di trasmissione e distribuzione in AC e DC Diagnostica componenti di cabina e stazione Componenti di rete superconduttori UE ECCOFLOW Subtotale linea Misure per il sistema elettrico e qualità della fornitura Monitoraggio e qualità della tensione Misure per il sistema elettrico Subtotale linea Totale Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 6 di 360

7 PROGETTI Ore personale dipendente Costi personale dipendente (A.1) Costi personale non dipendente (A.2) Costi di personale (A1+A.2) Costi per strumenti, attrezzature, software specifico Costi di esercizio ) Costi per servizi di consulenza, acquisizione di competenze tecniche, brevetti Viaggi e missioni Spese generali supplementari (costi indiretti) Totale costi Totali finanziamenti UE RdS A.3 1 UE Generazione distribuita e reti attive Smart Grid: supporto alle attività internazionali (Ore) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) GRIDplus ELECTRA Subtotale linea Sistemi di controllo di GD e reti attive, e pianificazione delle reti attive Controllo GD e reti attive Pianificazione reti attive GRID4EU INGRID UE igreengrid STARGRID EVOLVDSO Subtotale linea Sistemi di comunicazione per reti attive UE SOES SMARTC2NET Subtotale linea Integrazione della GD nelle reti di distribuzione: inverter, protezioni e automazione Dispositivi e protezioni per reti attive in c.a Reti attive in c.c Sperimentazione sullatest Facility di Generazione Distribuita in BT Sistemi di accumulo di energia di grande taglia Subtotale linea Subtotale linea Pompaggio idroelettrico Stoccaggio gas naturale e CAES Fonti rinnovabili: tecnologie, meteorologia e territorio Subtotale linea Aspetti ambientali e meteorologia Generazione distribuita UE ASP-AIM METROSION Subtotale linea Sicurezza informatica e infrastrutture di comunicazione M2M per reti attive Subtotale linea Totale A.4 Accumulo di energia elettrica 1 Accumulo di energia elettrica Sistemi di accumulo elettrochimici Mono-cella ad alta temperatura Na-beta Subtotale linea Totale Totale AREA Governo, gestione e Sviluppo del Sistema elettrico nazionale Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 7 di 360

8 Area 2: Produzione di energia elettrica e protezione dell'ambiente PROGETTI Ore personale dipendente Costi personale dipendente (A.1) Costi personale non dipendente (A.2) Costi di personale (A1+A.2) Costi per strumenti, attrezzature, software specifico Costi di esercizio Costi per servizi di consulenza, acquisizione di competenze tecniche, brevetti Viaggi e missioni Spese generali supplementari (costi indiretti) Totale costi Totali finanziamenti UE RdS (Ore) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) B.1.1 Energia elettrica da biomasse 1 Aspetti ambientali Subtotale linea Aspetti impiantistici UE ASC Subtotale linea Totale B.1.2 Energia elettrica da fonte eolica B.1.5 e da fonte marina 1 Energia elettrica da fonte eolica Campagna anemometrica Studi modellistici risorsa eolica e BM Supporto istituzioni e IEA WebGIS Atlante Eolico Subtotale linea Energia elettrica da fonte marina Misure e studi clima d'onda Sviluppo dispositivo conversione Studi energia osmotica Subtotale linea Totale B.1.3 Energia elettrica da fonte solare 1 Energia elettrica da fotovoltaico UE Sviluppo di dispositivi multigiunzione Sviluppo di moduli fotovoltaici a concentrazione e Test Facility SUN ON CLEAN SOPHIA Subtotale linea Totale B.1.6 Energia elettrica da fonti geotermiche 1 Energia elettrica da fonti geotermiche Analisi geologiche Sismicità Modellistica Impiantistica Subtotale linea Totale Totale AREA Produzionedi energia elettrica e protezione dell'ambiente Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 8 di 360

9 Area 3: Razionalizzazione e risparmio nell'uso dell'energia elettrica PROGETTI Ore personale dipendente Costi personale dipendente (A.1) Costi personale non dipendente (A.2) Costi di personale (A1+A.2) Costi per strumenti, attrezzature, software specifico Costi di esercizio Costi per servizi di consulenza, acquisizione di competenze tecniche, brevetti Viaggi e missioni Spese generali supplementari (costi indiretti) Totale costi Totali finanziamenti UE RdS (Ore) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) C.1 Risparmio di energia elettrica nei settori: civile, industria e servizi 1 Supporto alle politiche energetiche Supporto ai decisori Valutazioni degli effetti ambientali dell efficienza energetica METERON UE S3C INTREPID Subtotale linea Efficienza nell uso e nella fornitura dell energia Materiali ceramici innovativi per incremento efficienza microturbina Schemi e sistemi innovativi per l efficienza energetica nella climatizzazione Tecnologie efficienti a membrana Sviluppo di celle microbiche Soluzioni innovative a LED UE DEMOYS GREEN-CC Subtotale linea Totale C.3 Utilizzazione del calore solare e ambientale per la climatizzazione 1 Utilizzazione del calore solare e ambientale per la climatizzazione Subtotale linea Totale C.4 Mobilità elettrica 1 Mobilità elettrica Aspetti ambientali e scenari Aspetti tecnologici e di standardizzazione GREEN E-MOTION UE COTEVOS FREE MOBY INTRASME Subtotale linea Totale Totale AREA Razionalizzazione e risparmio nell'uso dell'energia elettrica Totale Piano Annuale 2014 Ore personale dipendente Costi personale dipendente (A.1) Costi personale non dipendente (A.2) Costi di personale (A1+A.2) Costi per strumenti, attrezzature, software specifico Costi di esercizio Costi per servizi di consulenza, acquisizione di competenze tecniche, brevetti Viaggi e missioni Spese generali supplementari (costi indiretti) Totale costi Totali finanziamenti UE RdS (Ore) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 9 di 360

10 AREA GOVERNO, GESTIONE E SVILUPPO DEL SISTEMA ELETTRICO NAZIONALE Tabella 2. Contributo Progetti UE sui Progetti del Piano Annuale di Realizzazione 2014 PROGETTI A.1. Evoluzione e sviluppo del sistema elettrico nazionale A.2. Trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica A.3. Generazione distribuita e reti attive A cro nimo P ro getto UE DYNERGYSTEEL SAMBA itesla BESTPATHS AFTER GRIDTECH EHIGWAY INSPIRE-GRID EBADGE ECCOFLOW GRIDplus ELECTRA GRID4EU INGRID STARGRID Descrizione Progetto UE Integrated dynamic energy management for steel production Self-Healing Thermal Barrier Coatings (SAMBA) for prolonged lifetime Innovative tools for the future coordinated and stable operation of the pan-european electricity transmission system Beyond state-of-the-art technologies for pow er AC corridors and multi-terminal HVDC systems A Framew ork for pow er systems vulnerability identification, defense and Restoration Impact Assessment of New Technologies to Foster RES- Electricity Integration into the European Transmission System Modular Development Plan on pan-european Electricity Highw ays System 2050 Improved and enhanced Stakeholders Participation In Reinforcement of Electricity Grid Development of Novel ICT tools for Integrated Balancing Market Enabling Aggregated Demand Response and Distributed Generation Capacity Development and field testing of an efficient YBCO Coated Conductor based Fault Current Limiter for Operation in Electricity Netw orks Supporting the Development of the European Electricity Grid Initiative (EEGI) European Liaison on Electricity Committed Tow ards longterm Research Activities for Smart Grids Large scale demonstration of smart distribution netw orks w ith distributed generation and active customer participation High-capacity hydrogen-based green-energy storage solutions for grid balancing Standards analysis supporting smart energy grid development Finanziamento UE 2014 (Euro) Data inizio Data fine Finanziamento pluriennale UE (Euro) /07/14 31/12/ /03/13 28/02/ /01/12 31/12/ /10/14 30/09/ /09/11 31/12/ /05/12 30/04/ /09/12 31/12/ /10/13 30/09/ /10/12 30/09/ /01/10 28/02/ /10/11 30/09/ /12/13 30/11/ /11/11 31/01/ /07/12 30/06/ /10/12 31/01/ IGREENGRID IntegratinG Renew ables in the EuropEaN Electricity Grid /01/13 31/12/ EVOLVDSO Development of methodologies and tools for new and evolving DSO roles for efficient DRES integration in distribution netw orks /09/13 31/12/ SOES Security of Energy Systems /09/12 30/08/ SMARTC2NET ASP-AIM SMART Control of energy distribution grids over heterogeneous Communication NETw orks Alpine space in Movement, targeted to w ater & energy capitalization - AIM /12/12 30/11/ /10/13 31/12/ METROSION Metrology to enable high temperature erosion testing /06/13 31/05/ PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA E PROTEZIONE DELL'AMBIENTE B.1.1. Energia elettrica da biomasse B.1.3. Energia elettrica da fonte solare ASC2 SUN ON CLEAN SOPHIA Amine-impregnated Aluminia Solid Sorbent for CO2 Capture Study of soiling effect and glass surface modification of concentrating photovoltaic (CPV) modules: CLimatE influence And comparative testing Research Infrastructures for Solar Energy: Photovoltaic Pow er /07/13 30/06/ /02/12 31/12/ /02/11 31/01/ METERON Supporting the development and deployment of advanced metering infrastructure in Europe /07/12 30/06/ C.1. Risparmio di energia elettrica nei settori: industria, servizi e civile RAZIONALIZZAZIONE E RISPARMIO NELL'USO DELL'ENERGIA ELETTRICA C.3.Mobilità elettrica S3C Smart Consumer - Smart Customer - Smart Community /11/12 31/10/ INTREPID GREEN-CC DEMOYS GREEN E-MOTION INTelligent systems for Energy Prosumer buildings at District level Graded Membranes for Energy Efficient New Generation Carbon Capture Process Dense Membranes for Efficient Oxygen and Hydrogen Separation Green Cars - Integrated EU demonstration project on electromobility /11/12 31/10/ /09/13 31/08/ /05/10 31/07/ /03/11 28/02/ INTRASME Innovative Transport SME Support Action /10/12 30/09/ FREE-MOBY People Centric easy to implement e-mobility /09/13 31/08/ COTEVOS Concepts, Capacities and Methods for Testing EV systems and their interoperability w ithin the Smartgrids /09/13 29/02/ TOTALE Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 10 di 360

11 AREA 1 - GOVERNO, GESTIONE E SVILUPPO DEL SISTEMA ELETTRICO NAZIONALE Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 11 di 360

12 Progetto A.1: Evoluzione e sviluppo del sistema elettrico nazionale IL QUADRO DI RIFERIMENTO Descrizione del prodotto dell attività Il conseguimento dei tre obiettivi cardine delle attuali policy energetiche, europee e nazionali: aumentare la produzione da fonti rinnovabili per ridurre le emissioni di CO 2 (sostenibilità), garantire la sicurezza dell'approvvigionamento energetico (sicurezza), integrare il mercato europeo dell'energia elettrica (competitività), sta determinando profondi cambiamenti - strutturali e normativi - nel sistema e nel mercato elettrico nazionale che stanno facendo insorgere nuove criticità che aumentano il rischio di eventi di black-out e cascading. Il Progetto Evoluzione e sviluppo del sistema elettrico nazionale affronta ad ampio spettro i problemi emergenti (1) individuando ex ante le criticità che potrebbero interessare il sistema elettro-energetico mediante studi di scenario a medio-lungo termine, (2) analizzando in dettaglio la sicurezza d esercizio del sistema elettrico nella sua configurazione attuale e (3) promuovendo studi di pianificazione e sviluppo della rete, necessari per rimuovere le congestioni a livello nazionale e favorire le interconnessioni con i Paesi limitrofi. Gli studi di scenario a medio-lungo termine rappresentano lo strumento comunemente utilizzato per valutare le criticità emergenti in sistemi in continua evoluzione e per individuare gli impatti determinati sul sistema e sul mercato elettrico dall applicazione di policy specifiche. Il Progetto si avvale di tale strumento proprio per analizzare in dettaglio come incideranno sul sistema elettrico nazionale le prescrizioni del pacchetto europeo Clima Energia 2030, in via di definizione. I risultati delle simulazioni consentiranno di quantificare le principali criticità, individuare possibili interventi mitigatori e valutarne l efficacia, fornendo nel contempo indicazioni utili al Governo Italiano in merito agli investimenti da attuare, alle incentivazioni necessarie e alle relative ripercussioni sul costo dell energia elettrica e quindi sull utente finale. Gli studi di scenario consentiranno inoltre di valutare attentamente altri aspetti di attuale interesse per il sistema e il mercato elettrico italiano, tra i quali: l efficacia dell uso di sistemi di accumulo per mitigare l impatto della crescente penetrazione in rete delle Fonti Rinnovabili Non Programmabili (FRNP), con priorità di dispacciamento, mettendo oltretutto a confronto i benefici forniti al sistema elettrico con i relativi costi della tecnologia di accumulo impiegata; le ripercussioni che le policy energetiche attuate dagli altri Paesi europei avranno sulla realtà italiana in un contesto di market coupling al 2020, verificando se le attuali difficoltà del sistema elettrico italiano (p.es. sovracapacità e difficoltà di dispacciamento) si intensificheranno o saranno attenuate e ponendo l attenzione sulle variazioni delle importazioni e dei prezzi zonali in Italia; le criticità indotte nel sistema italiano dall attuazione di politiche di adattamento ai cambiamenti climatici. In quest ultimo caso, in collaborazione con TERNA, si effettueranno simulazioni, mediante i modelli climatici ENSEMBLES, per valutare come varieranno nei prossimi decenni le variabili meteorologiche che maggiormente impattano sulla domanda elettrica nazionale e come si intensificheranno gli eventi estremi. Sempre in tale ambito, proseguirà il monitoraggio in continuo della concentrazione dei principali gas serra responsabili dei cambiamenti climatici in atto, presso la stazione di Plateau Rosa. In un contesto di profonda trasformazione, è d altro canto di rilevanza significativa lo studio della sicurezza d esercizio del sistema elettrico nazionale per garantire la continuità della fornitura agli utenti finali, in accordo con le attuali direttive europee. Al momento, la situazione nazionale è piuttosto critica in quanto le logiche del mercato, la crescente penetrazione in rete delle FRNP - caratterizzate da una produzione aleatoria e aventi priorità di dispacciamento e il perdurare della crisi economica portano spesso ad esercire il sistema elettrico in Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 12 di 360

13 condizioni spinte, con margini di sicurezza talmente ridotti da non riuscire a garantire la capacità del sistema di adeguarsi a variazioni improvvise di frequenza, incrementando pertanto il rischio di eventi di cascading o addirittura di black-out. Per ridurre i rischi d esercizio della rete, gli studi devono necessariamente superare i limiti dei metodi tradizionali, mettendo a disposizione dei TSO metodi e strumenti che forniscano una visione integrata dei rischi del sistema e che riescano a considerare opportunamente gli aspetti dinamici e probabilistici. In tale direzione si muovono le attività volte a mettere a punto modelli probabilistici di simulazione del sistema elettrico per la valutazione del rischio di esercizio del sistema integrato power/ict. Tali modelli forniscono una visione allargata del sistema elettrico nella quale si tiene conto che le minacce possono portare a una contingenza attraverso una serie di cause che sfruttano le vulnerabilità del sistema, mentre ciascuna contingenza può condurre a diverse conseguenze e impatti a seconda delle circostanze in cui si trova il sistema stesso; la situazione postcontingenza a sua volta può sollecitare altre vulnerabilità, innescando così un processo dinamico a cascata e potenzialmente un black-out. Nel Progetto i fenomeni dinamici innescati dalle contingenze saranno definiti sulla base delle tempistiche di rimozione dei guasti da parte delle protezioni primarie e di backup e il loro impatto sarà valutato in termini di stabilità di angolo e di tensione della rete, tramite opportune metriche, per definire indici di rischio dinamico per ciascuna contingenza. In particolare, applicando a una rete realistica di dimensioni contenute il prototipo ISAP+ per la valutazione del rischio, si definirà come le diverse minacce, le vulnerabilità dei componenti e le contingenze singole o multiple contribuiranno al rischio. Le analisi di rischio tuttavia sono generalmente impiegate nella programmazione dell esercizio fuori linea a causa della loro complessità. D altro canto i TSO hanno l esigenza di avere a disposizione strumenti evoluti anche per l analisi dinamica in linea per attuare o predisporre opportune contromisure finalizzate a mantenere la sicurezza d esercizio. In tale ambito, il Progetto propone un nuovo metodo per la valutazione della sicurezza dinamica di grandi sistemi elettrici che tratta esclusivamente le contingenze N-1, per rispondere ai requisiti temporali dell analisi in linea, ma nel contempo tiene conto delle incertezze associate agli orizzonti previsionali di ore. Questo metodo è in fase di definizione e sarà implementato in un toolbox prototipale basato su architetture software avanzate e sofisticate per riuscire a fornire agli operatori della rete soluzioni di intervento o di mitigazione in tempi adeguati. Il Progetto propone inoltre sviluppi del metodo probabilistico per la valutazione della Net Transfer Capacity (NTC) fra aree di rete, che tiene conto in modo accurato delle incertezze previsionali della produzione da FRNP e del carico. Gli studi passati hanno inoltre messo in luce che una criticità emergente nell esercizio del sistema riguarda la carenza di inerzia, dovuta alla riduzione del numero di macchine sincrone in esercizio. L inerzia, oltre a stabilizzare il sistema rispetto alle piccole oscillazioni, ha l effetto - positivo per la stabilità - di contenere le deviazioni di frequenza negli istanti critici immediatamente successivi a un disturbo, prima dell intervento della regolazione primaria. Un valore troppo basso di inerzia può far sì che una contingenza diventi critica, con possibile perdita di carico. In tale ambito, il Progetto valuterà quantitativamente le relazioni fra l inerzia e i valori di picco dei transitori di frequenza e l adeguatezza di soluzioni che prevedono l impiego di sistemi di accumulo elettrochimico, caratterizzati da differenti prestazioni di regolazione, per fornire una maggiore risposta inerziale, utile soprattutto nel caso di sistemi isolati o poco magliati, come ad esempio quello della Sardegna. Altra soluzione per fronteggiare il problema della riduzione di inerzia e dei margini di riserva primaria è quella che introduce nei carichi elettrici di tipo termico un controllo sensibile alla frequenza per contribuire alla stabilità del sistema in caso di perturbazioni di frequenza, secondo quanto proposto da ENTSO-E nel codice di rete della domanda. I problemi di stabilità della frequenza di rete legati essenzialmente alla generazione delle FRNP hanno causato una variazione delle modalità di esercizio degli impianti termoelettrici tradizionali da carico base a funzionamento limitato alle ore di picco, con una forte modulazione della potenza. In tale contesto rientrano gli studi sulla flessibilizzazione degli impianti termoelettrici. L AEEGSI sta proponendo riforme delle regole di mercato con l intento di indurre gli operatori ad aggiornare i propri impianti per acquisire maggiore flessibilità operativa. L attività di ricerca è volta a individuare metodi e strumenti che consentano di bilanciare al meglio i vantaggi derivanti da un esercizio flessibile di tali impianti con i costi dovuti a mancata produzione, manutenzioni più frequenti e onerose e accorciamento della vita utile dei macchinari. In tale contesto, il Progetto si muove su più fronti, proponendo da un lato indagini sperimentali innovative per individuare repentinamente il degrado dei componenti e per ottenere indicazioni utili per il calcolo del consumo di vita dei materiali, dall altro lato modellazioni numeriche che riescano a cogliere con maggior dettaglio il Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 13 di 360

14 campo termo-meccanico delle parti più sollecitate dei rotori. A questi studi si aggiunge la messa a punto di due sistemi prototipali che consentiranno di valutare in modo non intrusivo la Temperatura Ingresso Turbina, parametro utile per ottimizzare al meglio il rendimento dell impianto, e la composizione elementale del carbone in ingresso ai mulini di macinazione mediante la tecnica Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS), utile per impedire o ridurre al minimo la formazione di depositi di ceneri fuse sugli scambiatori di calore e quindi il fermo impianto per la loro rimozione. Un altra criticità che riguarda la sicurezza del sistema elettrico è l accumulo di neve e ghiaccio sulle linee elettriche, che causa danni economici ingenti tutti gli anni. Il Progetto ha affrontato questo problema sviluppando un sistema ad hoc, denominato WOLF (Wet-snow Overload alert and Forecasting), che è in grado di fornire i carichi di ghiaccio previsti sull intera rete elettrica nazionale di alta e media tensione e la corrente di anti-icing che può prevenirla. WOLF è un sistema unico in Europa nel suo genere ed è stato messo a disposizione dei TSO e DSO nazionali, tra i quali TERNA ed ENEL Distribuzione, con i quali è in corso un intensa collaborazione. Poiché le previsioni meteorologiche e i modelli di accrescimento impiegati in WOLF necessitano di una calibrazione, il Progetto ha messo in funzione una stazione sperimentale di raccolta, denominata WILD (Wetsnow Ice Laboratory Detection), presso il comune di Vinadio (CN). Le prossime attività riguarderanno l ottimizzazione del calcolo delle correnti di anti-icing e la sperimentazione di conduttori innovativi forniti da TERNA stessa. Negli studi sulla sicurezza del sistema elettrico rientrano infine le infrastrutture idroelettriche dove i problemi sono affrontati sotto due punti di vista: strutturale e idraulico. Nel primo caso, si riscontra un rinnovato interesse per la modellazione sismica, legato essenzialmente ai maggiori requisiti prestazionali e di sicurezza richiesti alle strutture a livello normativo. Il Progetto cercherà di fare chiarezza su alcuni aspetti tra i quali la definizione del carico sismico, proponendo tra l altro anche metodi innovativi. Si proseguirà inoltre l attività sperimentale sul tema dell invecchiamento delle strutture idroelettriche per la valutazione del comportamento delle dighe italiane in calcestruzzo nei confronti del rischio di reazione alcali-aggregato a lungo termine. Nel secondo caso, visti i sempre più frequenti eventi estremi di piogge intense, si sperimenterà in un benchmark promosso da ENEL lo strumento HaltFlood, sviluppato negli anni passati da RSE nell ambito della Ricerca di Sistema, per la previsione in tempo reale delle piene a monte delle dighe e l attivazione dei piani di emergenza. In parallelo si completerà lo sviluppo dello strumento FloodRisk che integra risultati di modelli idraulici per la definizione delle aree inondabili in caso di dam break e utilizza informazioni territoriali, socio-economiche e metodologie per la stima delle conseguenze per calcolare le perdite di vite e i danni economici. Per lo studio delle inondazioni, il Progetto propone un metodo numerico innovativo di grandi potenzialità, basato sui modelli Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH), in grado di simulare inondazioni 3D con trasporto solido di fondo con rappresentazione delle forze di resistenza sul fondo e degli sforzi viscosi e inondazioni 3D con trasporto simultaneo di corpi solidi e materiale granulare. Le criticità emerse negli studi di scenario e nelle valutazioni della sicurezza d esercizio del sistema elettrico pongono senz altro le basi per orientare opportunamente gli studi di pianificazione e sviluppo della rete. Il Progetto opera anche in tal senso mettendo a disposizione dei TSO e DSO gli applicativi REMARK+ e MTSIM+, sviluppati da RSE nell ambito della Ricerca di Sistema, i quali tengono conto di due caratteristiche emergenti e rilevanti per il sistema elettrico: la produzione aleatoria delle FRNP e l impiego di sistemi di accumulo. Il primo aspetto richiede che gli strumenti modellistici si avvalgano di metodi di tipo probabilistico mentre il secondo aspetto introduce la sequenzialità nelle analisi, necessaria per descrivere il funzionamento nel tempo dei dispositivi di accumulo. Completata la fase di validazione, REMARK+ sarà utilizzato per analizzare l impatto prima sul sistema insulare sardo e poi su quello nazionale ipotizzando la messa in funzione di un impianto di pompaggio marino e del collegamento SA.CO.I.3. Lo stesso strumento sarà utilizzato a livello paneuropeo per l analisi costi benefici dello sviluppo della rete mediante un sistema di highway, mettendo a confronto percorsi alternativi e differenti tecnologie costruttive. Il Progetto effettuerà studi volti a conseguire un mercato dell energia competitivo su scala pan-europea in grado di condividere le risorse di riserva dei vari Paesi e di sfruttare tecnologie di rete innovative. Oltre agli aspetti tecnologici ed economici, nel considerare progetti di grandi linee di interconnessione è altresì importante curare e gestire la comunicazione. Ciò consente un corretto coinvolgimento degli stakeholder nei processi decisionali di espansione della rete in quanto proprio questi aspetti Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 14 di 360

15 spesso ritardano o addirittura bloccano la realizzazione di nuove infrastrutture. In tale ambito, il Progetto si occuperà di analizzare i processi sociali in grado di consolidare la fiducia e il sostegno delle parti interessate e curerà anche gli aspetti ambientali mediante lo sviluppo sia dello strumento software GIS-SPLE, che effettua analisi multicriteri e sfrutta le potenzialità rappresentative delle mappe territoriali sia di un applicativo che determina i costi esterni sul paesaggio, basandosi sui risultati ottenuti con gli esperimenti di scelta. Alcune delle attività di ricerca sopra descritte saranno svolte in sinergia con gli studi che si stanno effettuando nell ambito di progetti di ricerca europei correlati, dei quali RSE è coordinatore o partner: itesla, AFTER, BESTPATHS sul tema della sicurezza d esercizio della rete di trasmissione; GridTech, e-highway2050, ebadge, INSPIRE-Grid sul tema della pianificazione e sviluppo della rete di trasmissione, DYNERGYSteel che si avvale delle informazioni fornite dagli studi di scenario. Molte delle attività prevedono interazioni scientifiche esterne di rilievo con Università, gruppi internazionali, operatori di rete (TERNA e TSO europei) e del settore elettrico (ENEL, ANSALDO), Autorità e Ministeri. Nell ottica del perseguimento degli obiettivi di economicità, sicurezza, funzionalità e sostenibilità del sistema elettrico, i prodotti del progetto per il presente Piano di Realizzazione possono essere sintetizzati in cinque punti: misure e modelli a supporto della valutazione degli impatti determinati dai cambiamenti climatici sul sistema elettrico; studi di scenario e strumenti di simulazione per valutare l impatto di nuove policy energetiche e del crescente sviluppo delle FRNP sul sistema e sul mercato elettrico nazionale, anche in un contesto di market coupling; metodologie e strumenti per lo studio della flessibilità del parco di generazione; metodologie e strumenti per la valutazione della sicurezza d esercizio del sistema elettrico e delle infrastrutture idroelettriche; strumenti di pianificazione e studi di espansione della rete di trasmissione, tenendo conto della presenza di FRNP, di sistemi di accumulo, di tecnologie innovative e degli aspetti sociali e ambientali. Per una migliore chiarezza espositiva, tale suddivisione è stata utilizzata per suddividere in linee di attività il Progetto e per fornire nei paragrafi successivi informazioni di maggior dettaglio: Linea di attività 1: Linea di attività 2: Linea di attività 3: Linea di attività 4: Linea di attività 5: Scenari elettrici e clima Scenari dei sistemi elettro-energetici e impatto dello sviluppo delle fonti rinnovabili La flessibilità del parco di generazione Sicurezza del sistema elettrico italiano, includendo l analisi di reti di trasporto in corrente continua Strumenti di pianificazione e studi di espansione della rete di trasmissione Situazione industriale del prodotto dell attività Scenari elettrici e clima Nella gestione del sistema e del mercato elettrico sono sempre più richieste e necessarie informazioni di tipo meteorologico e climatologico. I cambiamenti climatici (CC), già in atto e quelli attesi sulla base di proiezioni modellistiche, possono avere sul settore elettrico degli impatti non trascurabili, derivanti principalmente dall aumento dell intensità e della frequenza degli eventi estremi (onde di calore/gelo, eventi siccitosi, inondazioni, raffiche di vento), ma anche dalle variazioni climatiche graduali (p.es. l innalzamento delle temperature) in quanto queste ultime possono avere delle soglie oltre le quali è a rischio l esercizio in sicurezza delle infrastrutture. I gravi danni alla società e all ambiente, occorsi in questi ultimi anni per effetto di eventi meteorologici estremi, hanno fatto aumentare la consapevolezza e il bisogno di intervenire con azioni di adattamento finalizzate a Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 15 di 360

16 ridurre il rischio e la vulnerabilità del sistema energetico, aumentandone nel contempo la resilienza. A questo scopo, in ambito europeo la Commissione Europea ha emesso linee guida per sviluppare strategie di adattamento ai CC (EC, ) e, secondo tali direttive, nei diversi paesi europei si stanno intraprendendo azioni concertate per far fronte ai rischi legati ai CC. In particolare, tali direttive stanno inducendo gli stakeholder a prendere in considerazione queste problematiche e a intraprendere azioni di adattamento che possano portare a un economia sostenibile, efficiente e climate-resilient. In tale contesto è stata avviata una collaborazione con TERNA per studiare i rischi degli impatti dei CC sulla rete elettrica nazionale. Sulla base dei metodi di analisi sviluppati nell attività degli anni precedenti, l attività di ricerca che si svolgerà nel presente PAR verificherà le performance dei modelli climatici ENSEMBLES facendo riferimento al nuovo data-set di dati osservati E-OBS, aggiornato al A valle di tale verifica, lo studio caratterizzerà le variazioni graduali del clima e, soprattutto, l occorrenza di eventi estremi sul territorio nazionale, mediante un approccio statistico, per identificare le zone più a rischio nelle prossime decadi. Al fine di contribuire allo stato delle conoscenze scientifiche relative ai CC e al riscaldamento globale, RSE sta mantenendo attiva l operatività della stazione di Plateau Rosa da più di 25 anni. In questa stazione remota si effettua il monitoraggio dei principali gas serra in atmosfera. Tale attività proseguirà anche nel presente PAR visto che, per la comunità scientifica internazionale, è significativa non solo la qualità di queste misure, in termini di accuratezza e precisione, ma anche la continuità e l estensione delle corrispondenti serie storiche per valutare il trend su più decenni e validare i modelli di forecast meteorologici. La stazione di monitoraggio di Plateau Rosa è inserita nella rete mondiale del GAW (Global Atmosphere Watch) e, di recente, è stata citata nel bollettino del WMO 2. Le misure dei gas serra sono disponibili e aggiornate sul sito web del WDCGG (World Data Centre for Greenhouse Gases) con frequenza almeno annuale 3. Tutti i dati di misura sono acquisiti da RSE in continuo, su base oraria, e si provvede a una prima elaborazione a fine di ogni mese. I dati di gas serra monitorati sono anche forniti al CNR-ISAC (progetto NEXT DATA), all Università della Tuscia (InGOS UE project) e all ARPA Valle d Aosta. Scenari dei sistemi elettro-energetici e impatto dello sviluppo delle fonti rinnovabili Gli studi sullo scenario energetico nazionale che si svolgeranno nel presente PAR tengono conto in particolar modo dei nuovi obiettivi del pacchetto Clima Energia 2030 per l Europa, in via di definizione. In questo ambito vi è stata una richiesta esplicita a RSE e ad ENEA da parte del Comitato di Coordinamento tra Presidenza del Consiglio, Ministero dello Sviluppo Economico e Ministero dell Ambiente, relativa alla valutazione dell impatto determinato dal conseguimento di tali obiettivi, da effettuarsi mediante studi di scenario, simulazioni del sistema e del mercato elettrico e conseguenti valutazioni sugli investimenti, sui costi da sostenere e sul relativo impatto macroeconomico. Nello specifico, l obiettivo è valutare quali impatti sul sistema elettro-energetico nazionale, sulla futura bolletta dell energia elettrica, sui bilanci dello Stato e, più in generale, sull intero sistema economico potrà comportare il percorso verso i nuovi target 2030, al fine di consentire al Governo di prendere una posizione più consapevole e vantaggiosa per il nostro Paese nelle trattative che si avranno, sia a livello comunitario sia multilaterale tra paesi, durante il processo di definizione degli obiettivi vincolanti. Il percorso di trasformazione del sistema energetico, e in particolare del sistema elettrico, richiede un mix di azioni che include lo sviluppo ulteriore della generazione da fonti rinnovabili, la flessibilizzazione della generazione convenzionale e il ricorso a sistemi di accumulo di energia, l adeguamento delle reti e l utilizzo di tecnologie efficienti negli usi finali (p.es. pompe di calore, auto elettriche). É pertanto compito dell analisi di scenario sul lungo termine e delle simulazioni dell esercizio del sistema sul breve termine fornire indicazioni sia quantitative sia qualitative sugli sforzi da mettere in atto per tempo per neutralizzare le principali criticità che lo 1 EC, 2013a: Communication from the Commission to the European Parliament, the Council, the European Economic and Social Committee and the Committee of the Regions. An EU Strategy on adaptation to climate change. COM (2013) 216 final. European Commission, Brussels, Belgium. EC, 2013b: Guidelines on developing adaptation strategies. Staff Working Document (2013) 134 final. European Commission, Brussels, Belgium. 2 WMO Greenhouse Gas Bulletin, No. 9, 6 November Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 16 di 360

17 sviluppo desiderato del sistema potrà determinare. Per quanto riguarda i sistemi di accumulo, in particolare elettrochimici, vista la novità delle relative applicazioni a supporto del sistema elettrico, risulta di particolare interesse valutarne i benefici, da porre a confronto con i relativi costi: l interesse dei diversi stakeholder è dimostrato dalla collaborazione in corso tra RSE ed ANIE su questo tema specifico e dal supporto tecnico fornito da RSE all AEEGSI per i progetti pilota sui sistemi di accumulo energy intensive e power intensive sviluppati da TERNA. Anche gli studi sugli impatti derivanti dai CC sul sistema elettrico ed energetico, relativamente ai quali TERNA ha espresso un forte interesse come indicato nel precedente paragrafo Scenari elettrici e clima, saranno applicati ai nuovi scenari di policy al Altra attività di rilievo consisterà nelle simulazioni del mercato elettrico in un contesto di market coupling europeo. Su questo argomento esistono già più studi di simulazione effettuati in progetti europei ma anche da singoli centri e da RSE stessa nell ambito della Ricerca di Sistema; rispetto a tali studi, quelli proposti nel presente PAR si differenzieranno per l orizzonte temporale e per lo specifico focus sul mercato elettrico italiano. Gli studi di scenario e le simulazioni sopra citate si avvalgono del modello energetico multiregionale italiano MONET e/o del simulatore del sistema e del mercato elettrico smtsim, entrambi prodotti realizzati nelle passate attività di Ricerca di Sistema, che tuttavia richiedono continui aggiornamenti e miglioramenti visti i cambiamenti in atto nel sistema elettrico. Il modello MONET (MOdello Nazionale Energetico Times) è in grado di rappresentare lo sviluppo dell intero sistema energetico nazionale mantenendo un dettaglio geografico regionale; esso può pertanto essere utilizzato anche nella declinazione a livello regionale degli obiettivi per l Italia (riduzione delle emissioni di CO 2, aumento della produzione di energia da fonti rinnovabili, aumento dell efficienza negli usi energetici finali). Il modello MONET è l unico modello del sistema energetico nazionale con dettaglio regionale. Esistono invece altri modelli energetici europei o nazionali ma con dettaglio geografico coincidente con l intero Paese, sviluppati da ENEA (Times Italia), o nel contesto di progetti europei (Pan European Times Model - PET). Per quanto riguarda il simulatore di mercato smtsim, invece, si registra da parte degli operatori del mercato elettrico una crescente richiesta di studi e simulatori che siano in grado di trattare anche il mercato dei servizi di dispacciamento, di interesse sempre maggiore, di pari passo con la crescente penetrazione delle fonti rinnovabili non programmabili: si propone pertanto di sviluppare nuove funzionalità per la migliore simulazione dei servizi di riserva e di bilanciamento. Per tenere conto degli effetti delle fonti rinnovabili non programmabili sul sistema elettrico è importante avere a disposizione metodi che consentano di stimarne la produzione. In tale contesto, negli anni passati è stata messa a punto una metodologia di stima della radiazione solare sull intero territorio nazionale per calcolare la produzione fotovoltaica oraria a livello di comune, provincia, regione e area di mercato. Tale metodologia si basa sull acquisizione dei dati del satellite METEOSAT (MSG) e sull utilizzo del software SAF prodotto da EUMETSAT per il riconoscimento della tipologia delle nubi a partire dalle immagini del satellite. La validazione è stata effettuata mediante i dati forniti dalla stazione di misura della radiazione solare di Milano e di Catania. Attraverso questa metodologia si è dapprima costruita una banca dati di radiazione solare che copre il periodo , denominata RADSAF; successivamente è stato messo a punto un metodo di stima della produzione fotovoltaica oraria per una determinata area spaziale, conoscendo la sola produzione integrata in un dato intervallo temporale. Quest ultimo metodo è stato utilizzato per calcolare la profilazione oraria delle produzioni integrate per aree di mercato poiché si disponevano i dati di riferimento integrati di TERNA e GSE. La disponibilità di serie storiche di mappe di radiazione solare sull intero territorio nazionale consente altresì di disporre di dati utili per la validazione delle previsioni di radiazione effettuate dai modelli matematici previsionali. La flessibilità del parco di generazione Gli impianti termoelettrici in servizio, progettati per la produzione di base, sono sempre più chiamati a fornire i servizi ancillari di rete, caratterizzati da un incremento della frequenza dei cicli di spegnimento e riaccensione e da elevati gradienti di variazione di potenza, con conseguente veloce invecchiamento del macchinario più sollecitato, spesso senza una stima immediata e sufficientemente affidabile sia dell effettivo degrado raggiunto dal macchinario sia dell onere economico ad esso associato. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 17 di 360

18 In questo contesto, per favorire un ampia concorrenza nel Mercato dei Servizi di Dispacciamento (MSD) e un incremento dell efficacia del servizio in termini di sicurezza e stabilità della rete, l'aeegsi sta procedendo a una riforma delle regole di mercato con l intento di stimolare i partecipanti a interventi di aggiornamento dei propri impianti per acquisire specifiche caratteristiche di flessibilità operativa. In tale processo di riforma del MSD l AEEGSI ha chiesto un supporto tecnico a RSE in merito alla valutazione di alcuni parametri degli impianti termoelettrici caratteristici per l erogazione dei servizi di dispacciamento (p.es. tempo di avviamento, gradiente di variazione di potenza o tempo minimo di permanenza in servizio). L attività di ricerca sul tema della flessibilità in generale si propone di individuare metodi e strumenti che consentano l esercizio dei cicli combinati già in funzione, bilanciando al meglio i vantaggi di un esercizio flessibile con i costi dovuti a mancata produzione, manutenzioni più frequenti e onerose e accorciamento della vita utile dei componenti. Presupposto fondamentale per il conseguimento di tale obiettivo è lo studio teoricosperimentale delle leggi di danno del materiale, cioè dei meccanismi di base che determinano il degrado, o l invecchiamento accelerato, di un materiale sottoposto a veloci ed ampie variazioni di stato. Fenomeni di particolare importanza sono la fatica termomeccanica negli acciai dei rotori di turbina a vapore, o nelle superleghe che formano il materiale base delle palette dei turbogas, e i meccanismi di ossidazione ciclica ad alta temperatura che conducono al distacco dei rivestimenti ceramici delle palette di turbogas. Tali fenomeni sono ancora oggetto di ricerca in campo sperimentale in quanto vari meccanismi non sono ancora perfettamente quantificati. All attività sperimentale è stata affiancata nei precedenti PAR la modellazione numerica dove è stato realizzato un modello termomeccanico a Elementi Finiti (EF) del rotore di una turbina a vapore, validato con dati sperimentali, in grado di calcolare l evoluzione dinamica del campo di sollecitazioni nel rotore una volta assegnate le condizioni iniziali e al contorno (temperatura del vapore, potenza e velocità di rotazione del rotore) relative a una prefissata manovra. Le leggi di danno definite sperimentalmente dovranno essere usate congiuntamente con le sollecitazioni calcolate con il modello numerico per definire il consumo di vita del macchinario, esprimibile ad esempio come numero di cicli di una prefissata manovra che il componente può sopportare in condizioni di sicurezza. Nei precedenti PAR è stato anche sviluppato un simulatore ingegneristico completo di un ciclo combinato (processo ed automazione), in grado di riprodurre l evoluzione dei principali parametri operativi durante la simulazione dei transitori operativi e di definire le condizioni al contorno da assegnare al modello a EF del rotore della turbina a vapore. L uso combinato del simulatore e del modello a EF del rotore consente quindi uno studio comparato degli effetti sul consumo di vita del rotore dovuti a diverse modalità di esecuzione di una stessa manovra consentendo di selezionare la modalità che si ritiene più idonea. Nelle attività di ricerca sono stati inoltre sviluppati due sistemi prototipali, entrambi di tipo ottico: il primo misura la Temperatura Ingresso Turbina (TIT) dei turbogas, il secondo calcola il potere calorifico del carbone mediante la tecnica Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS). La temperatura di funzionamento ed in particolare la temperatura dei gas all ingresso della turbina (TIT) è un parametro di fondamentale importanza per la gestione flessibile delle macchine. Lo sviluppo di un sistema per la misura non intrusiva e diretta della TIT tuttavia è di interesse non solo per gli operatori dei turbogas ma anche per i costruttori al fine di garantire il massimo delle prestazioni del macchinario, compatibilmente con le caratteristiche dei materiali utilizzati. In particolare, Ansaldo Ricerche (Genova) ha manifestato interesse per questo strumento consentendo ad RSE di effettuare prove sperimentali su combustori in prova presso la stazione sperimentale di Sesta di ENEL senza onere per RSE. Per quanto riguarda gli impianti termoelettrici a carbone, la necessità di mantenere la competitività all interno dell attuale panorama produttivo richiede azioni orientate a migliorare le condizioni operative dell impianto, in particolare per ottimizzarne l efficienza e minimizzare gli interventi di manutenzione. Ad oggi non esistono sistemi accettati dai produttori di energia per la misura in linea della qualità del carbone; pertanto, la dimostrazione di fattibilità di tale misura mediante il sistema ottico LIBS costituirà un risultato di rilievo, reso possibile dai programmi di Ricerca di Sistema. La fruibilità delle informazioni e dei risultati significativi può inoltre essere opportunamente sfruttata dall industria italiana per una valorizzazione della competitività a livello internazionale. La possibilità di disporre di un prodotto innovativo e non ancora disponibile sul mercato mondiale porrebbe infatti l industria italiana in posizione di vantaggio nel mercato competitivo soprattutto su mercati in rapida crescita (p.es. Cina e India). In particolare, ENEL Ingegneria e Ricerca (Pisa) ha dimostrato un forte interesse per questo tipo di strumentazione, siglando nel 2013 (con estensione a tutto il 2014) un accordo di Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 18 di 360

19 collaborazione finalizzato a dimostrare l applicabilità on line della tecnica LIBS su un impianto termoelettrico a carbone. Sicurezza del sistema elettrico italiano, includendo l analisi di reti di trasporto in corrente continua Nell ambito della sicurezza di esercizio del sistema elettrico nazionale, l attività proposta nel presente PAR è finalizzata a proseguire e completare le attività dei precedenti anni. In particolare, per quanto riguarda l uso di una metodologia di Probabilistic Risk Assessment per la valutazione del rischio di esercizio, l integrazione degli aspetti dinamici legati all innesco delle contingenze rappresenta un passo necessario per completare la gamma di problemi di sicurezza analizzati. Inoltre, l applicazione sistematica del prototipo di valutazione del rischio (sviluppato da RSE e integrato nella piattaforma Integrated Security Assessment Platform, ISAP+) permetterà, a conclusione dell attività triennale svolta in sinergia con il progetto europeo AFTER, di valutare approfonditamente le potenzialità di tale metodologia. I progressi dell attività relativa al toolbox per l analisi di sicurezza dinamica N-1 in linea sono strettamente legati al progetto europeo itesla coordinato dal TSO francese e supportato da altri cinque TSO e un centro di coordinamento dell esercizio (CORESO). Le metodologie per la valutazione della Net Transfer Capacity (NTC) fra aree di rete rientrano fra gli studi dell impatto delle fonti rinnovabili non programmabili sull esercizio della rete. I progressi attesi riguardano l adattamento della metodologia proposta nel precedente PAR, per tenere conto di ulteriori aspetti modellistici, e l applicazione sistematica della nuova versione. Le attività di valutazione dell impatto delle rinnovabili non programmabili sull inerzia, previste anche su specifica richiesta di ANIE, saranno approfondite rispetto alle analisi preliminari svolte in precedenza, al fine di validare le relazioni fra i valori di inerzia e i valori di picco dei transitori di frequenza, nonché valutare l effetto benefico che potrebbero fornire i sistemi di accumulo elettrochimico, dotati di risposta inerziale, a seconda delle proprietà di sovraccaricabilità degli stessi. L introduzione di speciali sistemi di controllo nei carichi elettrici di tipo termico, per renderli sensibili alle perturbazioni di frequenza, può contribuire efficacemente alla regolazione primaria di frequenza, ma con la conseguenza di porre requisiti più onerosi per la successiva regolazione secondaria. Lo studio di questo argomento è iniziato nel precedente PAR. Il progresso atteso riguarda la valutazione più approfondita della dinamica del sistema in presenza di tali carichi e la quantificazione dell incremento di utilizzo della regolazione secondaria. Le analisi svolte circa l integrazione delle rinnovabili non programmabili e il controllo dei carichi sono attinenti anche al progetto europeo ELECTRA. Nel tema della sicurezza delle infrastrutture del sistema idroelettrico confluiscono attività riguardanti (1) la sicurezza strutturale, la diagnosi del degrado e la valutazione del ripristino delle dighe e (2) la sicurezza a seguito di un potenziale rilascio incontrollato d acqua causato da malfunzionamento o rottura di una diga oppure da piene in arrivo alla sezione di sbarramento. Per quanto riguarda la prima parte, la Proposta di aggiornamento delle norme tecniche per la progettazione e la costruzione degli sbarramenti di ritenuta (dighe e traverse) che valuta l azione sismica in base alla Mappa di Pericolosità Sismica MPS04, impone la rivalutazione della sicurezza sismica anche delle strutture esistenti. I requisiti prestazionali e di sicurezza richiesti dalla proposta di nuova normativa sono significativamente maggiori rispetto a quelli imposti dalle normative vigenti all epoca delle loro costruzione. Nell ambito delle attività del presente PAR saranno esaminate diverse possibili metodologie utilizzabili per la valutazione delle prestazioni simiche delle dighe, con particolare riguardo alla modalità di rappresentazione del carico sismico: approcci più radicati e sperimentati saranno confrontati con possibili alternative apparse più recentemente nella letteratura scientifica (p.es. Endurance Time Analysis Method). Anche gli studi sperimentali riguardanti la diagnosi e la prevenzione dei fenomeni di degrado del calcestruzzo e il ripristino delle opere possono costituire un supporto per l applicazione e per l eventuale miglioramento della nuova normativa. Nell ambito del PAR sarà condotto uno studio con l obiettivo di quantificare l efficacia dei cementi pozzolanici nel minimizzare il rischio di reazione alcali-aggregato, con riduzione degli effetti di invecchiamento delle dighe associati a questa reazione. Tali attività, cominciate nell ambito del PAR precedente e svolte in collaborazione con l Università di Roma La Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 19 di 360

20 Sapienza, saranno completate estendendo la sperimentazione a un più ampio intervallo di concentrazioni di alcali. Con riferimento al secondo punto, i CC e le variazioni dell uso del suolo sono alla base della mutata frequenza ed intensità degli eventi di piena. I grandi invasi idroelettrici sono da una parte chiamati ad assolvere anche alla funzione di regolazione dei deflussi per proteggere i territori a valle e dall altra parte le stesse condizioni di sicurezza idraulica della diga devono essere rivalutate. In considerazione di queste necessità i modelli idrologici afflussi-deflussi possono essere di ausilio allo studio e previsione delle mutate situazioni di potenziale rischio. In precedenti periodi della Ricerca di Sistema è stato sviluppato lo strumento HaltFlood per la previsione delle piene afferenti ai serbatoi idroelettrici e la simulazione delle manovre ottimali alla diga per la loro attenuazione: il sistema integra il modello idrologico, la diga e la rete fluviale. Nell ambito di una collaborazione con ENEL - Ingegneria e Ricerca S.p.A. di Brindisi, durante il presente PAR sarà effettuato un benchmark fra HaltFlood e un altro software commerciale su un impianto reale. Oltre a questa attività, proseguiranno gli studi che valutano l impatto di un potenziale rilascio incontrollato d acqua a seguito di malfunzionamento o rottura di una diga o in caso di piene in arrivo alla sezione di sbarramento in termini di decessi e danni economici e ambientali. Già dall inizio del triennio, alcune attività sono state orientate all approfondimento di metodologie per la valutazione delle conseguenze di rotture di dighe o di piene, con l obiettivo di sviluppare uno strumento software operante in ambiente GIS open-source, FloodRisk, a supporto di questo tipo di valutazioni. Lo strumento sarà ulteriormente sviluppato nel presente PAR migliorando le interfacce utente, approfondendo e affinando le metodologie scelte per la valutazione sia delle possibili perdite di vite umane sia delle perdite economiche anche in relazione ai dati effettivamente disponibili nei siti oggetto di indagine. Per lo studio delle inondazioni, oltre ai modelli mono e bidimensionali convenzionalmente utilizzati per il calcolo della propagazione delle onde di piena, è possibile fare ricorso a più raffinate ed affidabili tecniche di modellazione tridimensionale. In particolare, la modellazione SPH rappresenta una valida tecnica di fluidodinamica numerica (CFD), lagrangiana, particellare e senza griglia di calcolo (mesh-less), per la rappresentazione di flussi a superficie libera e multi-fase. Le attività SPH del presente PAR presentano due aspetti innovativi principali: la modellazione delle forze di attrito sul fondo e degli sforzi viscosi in 3D (propagazione delle inondazioni) e la modellazione di inondazioni con trasporto simultaneo di corpi solidi e materiale granulare. Le collaborazioni in corso, tutte a titolo gratuito, coinvolgono TUHH (Politecnico di Amburgo), l Università di Pavia e l Università della Basilicata. Un altro fenomeno meteorologico, con possibile legame ai CC, che rende vulnerabili le infrastrutture della trasmissione riguarda la formazione di ghiaccio sui conduttori della rete in condizioni di nevicata umida (wet snow). Questo problema è ben conosciuto dai TSO e DSO ma lo scorso inverno lo è diventato anche per i non addetti ai lavori per una serie di black-out che si sono verificati in alcune località turistiche alpine. La ricerca di RSE in questo settore ha portato allo sviluppo del sistema WOLF per la previsione e l allertamento dei sovraccarichi di ghiaccio sulla rete, al momento in uso in via sperimentale presso TERNA ed ENEL Distribuzione. La fruibilità di queste informazioni avviene attraverso un sito web-gis dedicato (http://wolf.rseweb.it:8121/); RSE provvede anche all emissione di SMS di allerta agli operatori che ne fanno richiesta. Durante il precedente PAR l operatività previsionale di WOLF è stata affiancata da una stazione automatica di misura installata a Vinadio (CN), denominata WILD (Wet-snow Ice Laboratory Detection), per la verifica delle previsioni emesse da WOLF. Le misure di WILD giungono in real time presso RSE e alimentano un database mediante il quale è possibile analizzare il dettaglio delle condizioni meteorologiche più critiche per la formazione dei manicotti e al tempo stesso è possibile effettuare il tuning dei parametri dei modelli di accrescimento e di anti-icing. La stazione di Vinadio ospita diverse sperimentazioni, tra le quali: la raccolta di dati meteorologici mediante strumentazione del tipo extreme weather per garantire la continuità delle misure durante gli eventi intensi; la raccolta di dati di accrescimento di manicotto su un conduttore campione, mediante celle di carico, sensori ad ultrasuoni e immagini; un sistema anti-icing attivo su conduttore campione, mantenuto a 2 C mediante effetto Joule indotto e modulato, e il monitoraggio qualitativo degli accrescimenti passivi su differenti tipologie di conduttore. Mediante l attività sperimentale in atto sull anti-icing si vuole ottenere una modellizzazione delle correnti necessarie per evitare il problema, che tenga conto del flusso di precipitazione e quindi delle perdite per conduzione. Nella prospettiva di affrontare il tema della mitigazione del fenomeno attraverso tecniche di tipo attivo per mantenere le linee snow-free si valuterà l utilizzo di un set point di temperatura superficiale di Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 20 di 360

21 conduttore per minimizzare le correnti di anti-icing previste da WOLF. Tecniche di tipo passivo saranno invece sperimentate a Vinadio con l analisi del comportamento di conduttori di tipo innovativo forniti da TERNA, denominati idrofobici, verso i quali il TSO manifesta molto interesse. Strumenti di pianificazione e studi di espansione della rete di trasmissione Nell ambito del PAR precedente si era sviluppato lo strumento avanzato AMaCha per la generazione di serie eoliche e solari da utilizzare nel ciclo Montecarlo sequenziale implementato all interno dei tool REMARK+ e MTSIM+, rispettivamente sviluppati per l analisi costi/benefici dello sviluppo della rete di sistemi elettrici a macro-zone di grandi dimensioni e per simulare come gli aspetti regolatori, tecnologici ed ambientali influiscano sull esercizio del sistema elettrico a macro-zone in regime di mercato, su un orizzonte temporale di medio termine. L impiego e l integrazione completa di AMaCha in REMARK+ e MTSIM+ aumenterà la loro capacità descrittiva in scenari caratterizzati da alta penetrazione di fonti di generazione non programmabile ed elementi di accumulo. Allo stato attuale, molti centri di ricerca e gestori di rete stanno pensando all opportunità di munirsi di tool che implementano metodi Montecarlo sequenziali, ma un grande limite che si riscontra in molti degli ambienti di simulazione che sono stati realizzati negli ultimi anni è il forte peso computazionale inerente a tale metodologia, che limita fortemente la complessità dei casi e dei sistemi elettrici che si possono trattare. Così, una particolare attenzione sarà dedicata all analisi di metodi che rendano efficiente l algoritmo di calcolo e al trattamento efficiente della grande mole di dati. Anche la realizzazione del simulatore del mercato del bilanciamento transnazionale, prevista nel progetto ebadge, presenta forti criticità anche in relazione al reperimento dei dati per alimentare il simulatore. Tale ostacolo verrà affrontato con l aiuto dei gestori di rete austriaco e sloveno e del gestore del mercato sloveno, partner del consorzio. Il toolbox che sarà sviluppato nel progetto europeo ehighway2050 per implementare in modo semi automatico la complessa metodologia di analisi costi-benefici, rappresenta un applicativo innovativo, in parte per la tecnologia che sarà utilizzata per realizzarlo (Visual Basic per MS-ACCESS), ma soprattutto perché sarà un prodotto facilmente fruibile da un più ampio numero di utenti non necessitando licenze aggiuntive. La valutazione dei cosiddetti costi esterni è utile a un corretto processo di pianificazione e sviluppo della rete elettrica, in relazione all impatto ambientale. In campo europeo, lo sviluppo di una metodologia finalizzata alla quantificazione dei costi esterni del settore elettro-energetico è stato realizzato nel progetto ExternE (1998) ma la sua applicazione si è essenzialmente limitata all ambito della produzione di energia. Un quadro organico delle metodologie per la quantificazione dei principali impatti (campi elettromagnetici, avifauna, vegetazione ed uso del suolo, paesaggio, rumore) e per la loro monetizzazione (ovvero per il calcolo dei costi esterni) si è iniziato a delineare solo nell ambito della Ricerca di Sistema. Nel corso delle attività relative ai precedenti PAR, si è svolto un approfondimento sugli impatti relativi ai comparti paesaggio, avifauna e ambiente marino dove uno studio approfondito, basato sul metodo delle preferenze dichiarate, ha portato alla raccolta di dati significativi relativi alla valutazione monetaria dell impatto paesaggistico. Inoltre, sono stati valutati due aspetti che consentono di integrare le tematiche ambientali e sociali nei processi di pianificazione e sviluppo della rete: il coinvolgimento delle parti interessate e gli strumenti di valutazione dei progetti. Per quanto riguarda il primo aspetto, sono stati valutati i fattori principali che influenzano l accettabilità pubblica dei progetti al fine di individuare gli strumenti più appropriati per coinvolgere il pubblico nei processi di approvazione. Con riferimento al secondo aspetto, è stata valutata l applicabilità di metodologie che consentono di confrontare diverse alternative di interconnessioni, attraverso l analisi delle loro conseguenze di tipo sia tecnico economico sia ambientale sociale. L affinamento di tali metodologie è fondamentale affinché l applicazione della metodologia Costi-Benefici sia effettivamente esaustiva, senza trascurare i costi esterni che gravano sulla società e le componenti naturali. Questi temi costituiscono la base del progetto europeo INSPIRE-Grid di cui RSE è coordinatore. E stata, infine, sviluppata un applicazione software prototipale, denominato GIS-SPLE (GIS per il Supporto alla Pianificazione delle Linee Elettriche), per collegare l applicativo SESAMO (sviluppato da RSE per svolgere analisi multicriteri) con un ambiente GIS Open Source, che consente di generare mappe tematiche per l'analisi socio-economica e ambientale, attraverso la raccolta, l'organizzazione, l elaborazione e la rappresentazione di dati rilevanti. Oltre che rappresentare un strumento indispensabile per la valutazione delle interferenze delle Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 21 di 360

22 infrastrutture elettriche con il territorio, esso può rappresentare un tassello fondamentale per il coinvolgimento del pubblico. Stato attuale delle tecnologie Scenari elettrici e clima E ormai ampiamente riconosciuto nella comunità scientifica internazionale che importanti cambiamenti climatici sono già in atto e altri, di entità anche maggiore, potranno accadere nelle prossime decadi. Queste evidenze (innalzamento termico, variazioni delle precipitazioni, riduzione di neve e ghiaccio, intensificazione degli eventi meteorologici estremi) trovano fondamento in molte analisi scientifiche indipendenti, dedotte da osservazioni del sistema climatico, da archivi paleoclimatici, da studi teorici relativi ai processi climatici, nonché da simulazioni modellistiche (IPCC, AR5). Il primo key message del Rapporto dell European Environment Agency Climate change, impacts and vulnerability (EEA 2012) è che i CC si stanno verificando sia a scala globale che europea 4, con variazioni record osservate proprio negli ultimi anni. Nello stesso documento si afferma che nei prossimi decenni, per effetto dei CC, l Europa e, in particolare, il Bacino del Mediterraneo dovranno far fronte ad impatti particolarmente negativi, i quali, combinandosi con gli effetti dovuti alle pressioni antropiche sulle risorse naturali, fanno della regione del Mediterraneo una delle aree europee più vulnerabili. Per conoscere i CC attesi, la Comunità europea ha finanziato diversi progetti, tra i quali possono essere ricordati i progetti PRUDENCE (http://prudence.dmi.dk) e CIRCE (http://www.circeproject.eu/) nonché il Progetto ENSEMBLES (http://www.ensembles-eu.org), che ha messo a disposizione numerose simulazioni modellistiche, finalizzate a studiare gli impatti dei CC, grazie all elevata risoluzione spaziale (25 km) e temporale (dati giornalieri) dei risultati prodotti. Proprio sulla base di queste simulazioni modellistiche, già considerate nelle attività dell anno precedente, le attività del presente PAR studieranno gli impatti dei CC sulle infrastrutture del sistema elettrico nazionale: saranno caratterizzati i CC attesi nelle prossime decadi considerando le variazioni medie delle variabili meteorologiche e le variazioni degli eventi estremi (in intensità e frequenza) per individuare le aree più esposte del sistema. Per quanto riguarda la gestione della stazione di Plateau Rosa, la qualità e l importanza dei dati prodotti può essere desumibile, rispettivamente, dai risultati conseguiti: nell ambito delle campagne di intercomparazione, a cui partecipano le principali stazioni di monitoraggio della rete mondiale (quest anno è prevista la partecipare a due di queste campagne: una organizzata dalla NOAA - CMDL per conto del WMO/GAW, l altra dal Max Planck Institute for Biogeochemistry nell ambito dei progetti europei) e dalle numerose richieste di dati che si sono susseguite nel corso degli anni. Lo stato del prodotto RSE, pertanto, è allineato a quello dei principali laboratori atti al monitoraggio dei gas serra anche se, ormai già da tempo, la strumentazione in uso nella stazione di Plateau Rosa non può essere considerata all avanguardia per tale tipo di misure. Scenari dei sistemi elettro-energetici e impatto dello sviluppo delle fonti rinnovabili I modelli energetici, e più in generale i modelli per l analisi di sistemi, possono essere suddivisi in due categorie: modelli di simulazione e modelli di ottimizzazione. I modelli di simulazione valutano, in modo parametrico, la risposta di un sistema a un dato set di variabili tecniche, socioeconomiche o di policy e identificano gli impatti possibili e i costi/benefici probabili della configurazione analizzata. Questi modelli non permettono di trovare un valore ottimale per le suddette variabili, ma consentono solo di confrontare tra loro due o più scenari (PRIMES e POLES sono due dei modelli più rappresentativi di questa tipologia). I modelli di ottimizzazione, invece, calcolano, per tutte le variabili di sistema, i valori che portano alla configurazione ottimale, cioè alla configurazione che minimizza/massimizza una data funzione obiettivo (p.es. una funzione obiettivo economica coincidente col costo totale attualizzato del sistema). Tali modelli possono prevedere condizioni di vincolo, allo scopo di restringere l intervallo di valori assumibili dalle variabili. Fra i 4 L'Europa ha visto aumentare le sue temperature di circa 1 C nell'ultimo secolo (1.3 C nell ultima decade; EEA 2012), più della media mondiale, di circa 0.8 C (IPCC AR5 2013) Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 22 di 360

23 principali strumenti di ottimizzazione vi è il generatore di modelli TIMES, prodotto e distribuito dall Energy Technology Systems Analysis Programme (ETSAP) dell IEA. Il modello energetico multiregionale MONET sviluppato da RSE appartiene a questa seconda categoria di modelli. Per la costruzione e la valutazione di scenari energetici sono disponibili, a livello internazionale, diversi modelli utilizzati come ausilio allo sviluppo di policy in ambito nazionale e sovranazionale. Tra i più noti, in ambito europeo, vi è PRIMES, strumento utilizzato dalla Commissione per la valutazione dell impatto delle politiche energetiche al 2020 e soprattutto post In ambito statunitense il riferimento è invece NEMS, utilizzato dall Energy Information Administration del Department of Energy (DoE) per la redazione dell Annual Energy Outlook. Si possono inoltre citare il modello GREEN-X sviluppato dall Energy Economics Group (EEG) dell Università di Vienna, quelli utilizzati in ambito IRENA, con particolare riferimento a REMAP e quelli utilizzati in ambito WEC con particolare riferimento a JAZZ e SYMPHONY. Nella modellistica energetica, riscontrano sempre maggior successo i modelli sviluppati sulla base del generatore TIMES. Tali modelli, quando sviluppati con riferimento all intero sistema energetico mondiale, hanno tipicamente un livello di dettaglio corrispondente ad aggregazioni di Stati, come ad esempio il modello TIAM; i modelli con orizzonte pan-europeo, come ad esempio NEEDS ed il già citato Pan European Times Model - PET, si spingono invece a modellare il singolo Stato come parte di un sistema energetico più complesso. È tuttavia possibile costruire modelli focalizzati esclusivamente su di un solo Stato, al fine di raggiungere un maggiore dettaglio nella modellazione dei singoli settori energetici, come in MARKAL-MACRO Italia, sviluppato da ENEA e APAT (ora ISPRA) e la sua evoluzione TIMES Italia, anch esso utilizzato per analisi a supporto del Ministero dello Sviluppo Economico. A questa famiglia appartiene il modello MONET, sviluppato nei precedenti anni della Ricerca di Sistema, che si configura come l unico modello di sviluppo del sistema energetico nazionale con dettaglio geografico regionale. La valutazione dell impatto sul sistema elettrico di uno sviluppo rilevante di fonti rinnovabili non programmabili è uno dei temi più caldi attualmente sul tappeto. Esistono, infatti, numerosi studi, effettuati in varie parti del mondo, relativi alle problematiche derivanti dalla penetrazione della fonte eolica. A tale riguardo, si cita lo European Wind Integration Study EWIS (www.wind-integration.eu), sviluppato dall associazione di gestori di rete ENTSO-E e finanziato dalla Commissione Europea nell ambito del Sesto Programma Quadro, il progetto di ricerca TradeWind (www.trade-wind.eu), finanziato nell ambito del programma Intelligent Energy Europe ed il Wind Task 25 della IEA (http://www.ieawind.org/task_25.html). A livello nazionale, studi specifici approfonditi, comprendenti simulazioni dettagliate dell esercizio del sistema elettrico relativi alla situazione italiana in scenari 2020, sono stati realizzati da RSE nelle precedenti attività di Ricerca di Sistema. Obiettivo dell attività prevista nel presente piano è estendere l orizzonte temporale considerato al 2030, prendendo a riferimento gli scenari sviluppati secondo gli obiettivi della policy europea Clima Energia, al fine di quantificare le principali criticità che caratterizzano tali scenari, individuare gli interventi per porvi rimedio e simularne l effetto al fine di valutarne l efficacia. Tra gli interventi necessari a far fronte alla crescente penetrazione di fonti rinnovabili, in particolare non programmabili, vi è l installazione di sistemi di accumulo, che spazia da sistemi centralizzati di grossa taglia, quali gli impianti idroelettrici di pompaggio, a sistemi distribuiti di taglia più piccola, quali gli accumulatori elettrochimici. Su questi ultimi in particolare si è sviluppata a livello internazionale una significativa attività di studio in termini di valutazione delle possibili applicazioni e di analisi costi-benefici. A tale riguardo si possono citare i recenti studi Joint EASE/EERA recommendations for a European Energy Storage Technology Development Roadmap towards 2030 ed EASE input to the methodology defining a cost-benefit analysis for energy storage della European Association for Storage of Energy, Grid Energy Storage del U.S. Department of Energy, Decentralised Storage: impact on future distribution grids di Eurelectric, European Regulatory and Market Framework for Electricity Storage Infrastructure del progetto europeo store, Assessing storage value in electricity markets del Joint Research Centre e Cost-Effectiveness of Energy Storage in California dell EPRI. In ambito nazionale, oltre allo Smart Grid Report 2013 dell Energy and Strategy Group ed allo studio Residential Electric Storage Systems sviluppato da BIP, è di rilievo l attività svolta da RSE nel contesto del supporto tecnico fornito all AEEGSI riguardo alla regolazione dei progetti pilota sui sistemi di accumulo implementati da TERNA. Su questo filone, anche con attività a supporto di ANIE, si procederà nel presente PAR Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 23 di 360

24 ad approfondire le valutazioni costi/benefici di molteplici applicazioni di sistemi di accumulo al servizio del sistema elettrico. Per quanto riguarda il tema della produzione fotovoltaica, la valutazione della radiazione solare globale al suolo è di grande importanza sia durante la fase di progettazione di un impianto sia per il monitoraggio continuo della sua efficienza e per una previsione futura dell energia prodotta. La variabilità spazio-temporale di questa grandezza costituisce un problema non banale da risolvere. Mentre una misura puntuale con adeguati strumenti può contribuire a una valutazione precisa, l esigenza di stime su vaste aree impone l uso di procedure indirette, come quelle che utilizzano i dati misurati da satelliti geostazionari. L alta risoluzione spaziale (3.5 km) e temporale (15 min) dei dati del satellite Meteosat (MSG), utilizzato anche da RSE, ne fanno uno strumento ideale per stimare la radiazione solare al suolo su vaste aree. Le stime che si ottengono possono essere utilizzate sia per la valutazione di producibilità di impianti fotovoltaici su lunghi periodi sia per il monitoraggio on-line della loro efficienza. Le stime di radiazione solare da satellite sono necessarie per definire la profilazione oraria della produzione fotovoltaica, cioè la stima della produzione oraria prodotta da una determinata area a partire da consuntivi su periodi temporali più lunghi (p.es. giorno, mese, ecc.). In questo senso, il dato di radiazione solare stimato da satellite sull intero territorio nazionale si può affiancare alla metodologia utilizzata da TERNA e GSE per la stima della produzione oraria su aree di mercato, basata sui dati di insolazione del territorio italiano su superficie orizzontale riportati nella Norma UNI 10349: Riscaldamento e Raffrescamento degli edifici. Dati climatici 5. In ambito internazionale sono disponibili diversi prodotti per la stima della radiazione da dati da satellite, tra questi il migliore, secondo la Task Force 36 dell IEA, è SOLARGIS, un prodotto commerciale, idoneo alla caratterizzazione di singoli impianti. Il prodotto fornisce delle serie temporali di tipo puntuale, e pertanto, un utilizzo su aree estese, risulta economicamente molto oneroso. La flessibilità del parco di generazione La necessità di eseguire dei cicli sempre più frequenti di avviamento e fermata degli impianti per la produzione di energia elettrica a combustibile fossile, determinata da una sempre maggiore connessione in rete di impianti alimentati da fonti rinnovabili non programmabili, è un tema sensibile sul quale si focalizza la competizione dei maggiori produttori di impianti termici. Già da qualche hanno sono proposte sul mercato sia nuove soluzioni tecniche di realizzazione del ciclo termico di base sia sistemi avanzati di supervisione e controllo che consentono una riduzione dei tempi di avviamento, mantenendo sempre entro limiti prefissati i parametri critici del macchinario più sollecitato. In particolare per la turbina a vapore, ad esempio, si calcolano in linea le sollecitazioni termiche del rotore e vengono trasmessi degli opportuni segnali al regolatore di turbina in modo che non sia superata la sollecitazione ammissibile dal materiale del rotore. Tuttavia va notato che, sebbene le soluzioni proposte sul mercato rappresentino un deciso passo in avanti verso la flessibilità operativa degli impianti termici, e in particolare dei nuovi cicli combinati, difficilmente esse possono essere applicate a cicli combinati già in esercizio, se non a fronte di notevoli investimenti. Inoltre, a seguito di un calcolo in linea delle sollecitazioni dei componenti più critici non sembra esserci una valutazione delle conseguenze della manovra stessa sul macchinario interessato, né in termini di consumo di vita dei materiali, né in termini di ripetibilità della manovra, né tantomeno attraverso una quantificazione economica diretta. Ciò è in parte giustificato da una insufficiente disponibilità di informazioni per la caratterizzazione dei materiali sottoposti a fatica termomeccanica, unitamente alla disponibilità di diverse metodologie per il calcolo del consumo di vita dei materiali che possono portare a risultati contrastanti fra loro ed affetti da notevole incertezza. Va inoltre aggiunto che tali metodologie richiedono una dettagliata ricostruzione del campo termico nel rotore, con modelli matematici complessi e codici di calcolo numerico non conformi al calcolo in tempo reale richiesto per il loro funzionamento in linea con il sistema di controllo dell impianto. Per quanto riguarda invece il sistema ottico per la misura della TIT, non esistono ad oggi sistemi di misura non intrusivi in grado di fornire tale misura. Attualmente la temperatura viene stimata in modo indiretto tramite codici di calcolo. Tali metodi, tuttavia, non consentono di rilevare malfunzionamenti o variazioni di profili di temperatura all interno del turbogas (punti caldi) che possono portare a danneggiamento dei rivestimenti protettivi delle pale della turbina. Il sistema ottico sviluppato da RSE in ambito Ricerca di Sistema può essere 5 Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 24 di 360

25 adatto per un impiego come retrofit sul parco macchine esistente, sulle quali potrebbe essere installato con l esigenza di modeste modifiche per consentire l accessibilità ottica. Con riferimento al sistema LIBS, la misura in tempo reale ed on-line della qualità del carbone può essere attualmente realizzata utilizzando sistemi molto ingombranti basati su sorgenti di radiazioni ad alta energia (sorgenti ionizzanti). Tuttavia per la pericolosità nel loro impiego in aree di lavoro, tali sistemi sono stati raramente utilizzati. Il sistema ottico che RSE sta sviluppando, essendo basato sulla tecnica spettroscopica LIBS, elimina alla radice questo problema. Sicurezza del sistema elettrico italiano, includendo l analisi di reti di trasporto in corrente continua Le metodologie per l analisi del rischio di esercizio del sistema elettrico sono state proposte alcuni anni fa; in particolare si richiama il progetto RBSA dell EPRI, cui hanno fatto seguito diversi altri progetti di ricerca da parte di ricercatori di varie parti del mondo, di cui si è dato conto nei precedenti rapporti di Ricerca di Sistema. I metodi di analisi della sicurezza basati sul rischio sono generalmente ritenuti ancora non abbastanza maturi per essere applicati dai TSO, notoriamente piuttosto restii a sperimentare soluzioni innovative. D altra parte, le categorie concettuali di analisi probabilistica e di rischio, per la valutazione della sicurezza di esercizio, sono ormai adottate in Europa: si richiama per esempio il documento di classificazione degli incidenti, elaborato da ENTSO-E 6. La classificazione riflette una maggiore consapevolezza della necessità di identificare metodologie condivise per la valutazione degli incidenti e delle cause degli stessi. L accresciuta consapevolezza, da parte dei TSO europei, della necessità di adottare nuovi metodi di valutazione della sicurezza basati sul rischio è testimoniata da documenti rilevanti quali la Research and Development Roadmap dell ENTSO-E 7 e la Roadmap della European Electricity Grid Initiative (EEGI), in cui si prevedono programmi di ricerca su nuovi metodi per l esercizio basati sul rischio. In particolare il piano di ricerca e sviluppo dell ENTSO-E cita, fra le tematiche di ricerca per l operation, lo sviluppo di nuovi metodi e strumenti, inclusi i metodi probabilistici per la valutazione del rischio di esercizio, la revisione del criterio N-1, l introduzione di indicatori a supporti delle azioni di controllo preventivo e correttivo, lo sviluppo di metodi stocastici per tenere conto delle incertezze nelle azioni di controllo e nella determinazione dei requisiti di riserva, la valutazione in tempo reale di incipiente instabilità e la definizione di sistemi di difesa per i sistemi ICT, l identificazione delle contingenze critiche e la valutazione dei rischi residui. La metodologia e il relativo prototipo di valutazione globale del rischio, che permette di individuare le contingenze multiple dipendenti e le relative probabilità a partire dai modelli delle minacce (ambientali, endogene) e delle vulnerabilità dei componenti, e di definire opportuni indici di rischio mediante simulazione di tali contingenze sul sistema elettrico, effettuate pure con un modello probabilistico, rappresenta un contributo originale. In letteratura sono stati proposti approcci che trattano problemi circoscritti (p.es. il cascading), ma non l intero processo. La metodologia realizza una sintesi, con un grado di dettaglio modellistico significativo per le applicazioni di esercizio. Sul tema della metodologia e dello sviluppo del toolbox per la valutazione di sicurezza in linea di grandi reti, l attività proposta è all avanguardia per quanto concerne la tematica (la sfida più innovativa è quella di tenere conto, in un ambiente in linea, ossia con vincoli temporali stringenti, dei problemi dinamici analizzati per situazioni di esercizio incerte). Lo è pure per la complessità matematica dell approccio e l architettura software adottata (utilizzo di calcolo parallelo via High Performance Computing, HPC). Un approccio concettualmente simile è stato recentemente proposto in un progetto di ricerca danese 8. Le metodologie di valutazione probabilistica della NTC sono generalmente orientate alla pianificazione della trasmissione; per questo considerano le situazioni che si possono presentare su orizzonti temporali lunghi (p.es. un anno). La valutazione della NTC in un orizzonte di programmazione dell esercizio richiede invece di caratterizzare le incertezze rispetto a uno specifico punto di lavoro previsto. L attività svolta è finalizzata a definire nuovi metodi di calcolo della NTC, che tengano conto di modelli più accurati delle incertezze in gioco 6 ENTSO-E, Incidents classification scale methodology e Incidents classification scale guidelines, 23 marzo ENTSO-E, Research & Development Roadmap : Writing history again, dicembre C. Liu et al., A Systematic Approach for Dynamic Security Assessment and the Corresponding Preventive Control Scheme Based on Decision Trees, IEEE Tr. on PS, Vol. 29, No. 2, March 2014 Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 25 di 360

26 in modo da ottenere valutazioni meno conservative, lasciando quindi più margini al mercato dell energia, garantendo tuttavia la sicurezza di esercizio. Le problematiche di riduzione dell inerzia del sistema elettrico sono attualmente oggetto di numerosi studi a livello internazionale 9. L attività prevista prende lo spunto dalla situazione italiana (sarà trattata in particolare la rete della Sardegna) ed è coerente con tali studi. Situazione analoga si ha per gli studi sulla risposta inerziale che sistemi di accumulo opportunamente controllati possono fornire 10. L introduzione di soluzioni di controllo dei carichi elettrici di tipo termico, a supporto della stabilità di frequenza in seguito a perturbazioni, è invocata a livello europeo 11. La valutazione dell impatto di tale soluzione, finalizzata ad alleviare i requisiti di riserva primaria fornita da parte dei generatori convenzionali, sui requisiti delle riserve successive (secondaria, terziaria) non risulta ancora adeguatamente trattata. Per quanto riguarda la sicurezza delle infrastrutture idroelettriche, la letteratura tecnica internazionale sta affrontando le diverse problematiche connesse alla valutazione della sicurezza sismica delle strutture: fra queste la caratterizzazione del carico sismico da utilizzare soprattutto per le analisi di transitorio dinamico. In questi casi l azione sismica viene rappresentata per mezzo di storie temporali di accelerazione, che possono rappresentare sismi reali piuttosto che eccitazioni sismiche equivalenti crescenti nel tempo secondo la più recente proposta dell Endurance Time Analysis (ETA). Nonostante esista una vastissima letteratura sulla selezione ottimale degli accelerogrammi per le analisi dinamiche, le normative non forniscono indicazioni specifiche ma solo linee guida generali: questo perché la problematica in esame è relativamente recente e tuttora in corso di studio e di sviluppo, tanto che non è stato ancora raggiunto un consenso nella comunità scientifica sui criteri di scelta dei segnali. In alternativa alle eccitazioni sismiche rappresentative di eventi reali, il metodo ETA, proposto per la prima volta da H.E. Estekanchi nel 2004, si configura come una prova dinamica virtuale con accelerogramma crescente nel tempo, compatibile con gli spettri di destinazione in momenti specifici, applicato alla struttura fino al collasso di quest ultima. Il metodo è stato applicato a diverse tipologie di strutture ed è tuttora in fase di sviluppo. Con riferimento al tema dell invecchiamento delle strutture idroelettriche, al momento non si è a conoscenza di pubblicazioni scientifiche che trattano lo studio del meccanismo d inglobamento degli alcali che si rendono disponibili dopo la completa idratazione del cemento stesso da parte delle paste di cemento pozzolanico idratate, anche se la tematica è dibattuta e di ampio interesse a livello internazionale. Ad esempio uno degli argomenti del nuovo Comitato Tecnico della RILEM TC ACR, Avoiding alkali aggregate reactions in concrete Performance based concept è quello di valutare in dettaglio l effettivo contenuto di alcali nel calcestruzzo, considerando gli alcali rilasciati dagli aggregati, quelli provenienti dall esterno e quelli assorbiti e/o rilasciati dal calcestruzzo stesso. Uno dei punti carenti nella ricerca internazionale sulla reazione alcali-aggregato riguarda, infatti, la misura dell effettivo contenuto di alcali nel calcestruzzo durante l intera vita in servizio della struttura. Facendo riferimento ai modelli idrologici, in letteratura ne esiste una grande varietà: da quelli cosiddetti a scatola chiusa a quelli basati su modelli fisici, da quelli a parametri distribuiti a quelli a parametri concentrati. Un esempio di prodotto simile ad HaltFlood è il modello HEC-HMS di U.S. Army Corps of Engineers - Hydrologic Engineering Center (http://www.hec.usace.army.mil/) che consente la simulazione dei processi idrologici in una rete di sottobacini con la possibilità di tener conto della presenza di dighe. Tale strumento è basato su tipologie di dati e metodologie disponibili negli Stati Uniti e le opzioni di gestione degli invasi sono impostate sulla base delle norme tecniche americane. HaltFlood invece utilizza modelli e metodologie applicabili con i dati disponibili in Italia; il modello della diga è realizzato coerentemente alle norme italiane e utilizzando le tipologie di opere di scarico presenti in Italia, anche in base ai numerosi studi sulla propagazione delle onde di piena per apertura scarichi di cui alla Cir. Min. LL.PP n. 1152/86. In HaltFlood i dati sono organizzati in un Geodatabase, secondo modelli standard realizzabili sia con software commerciali sia Open Source. 9 Cfr. S. Sharma et al., System Inertial Frequency Response estimation and impact of renewable resources in ERCOT interconnection, IEEE GM 2011; A. Ulbig et al., Impact of Low Rotational Inertia on Power System Stability and Operation, V. Knap et al., Grid inertial response with Lithium-ion battery energy storage systems, IEEE Int. Symposium on Industrial Electronics, Istanbul, ENTSO E Network Code on Demand Connection, Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 26 di 360

27 Per la valutazione delle conseguenze nell ambito dell analisi di rischio da inondazione esistono diverse metodologie sviluppate in ambito internazionale. La stima delle possibili perdite di vite umane è stata ed è oggetto di numerosi studi, la maggior parte sviluppati in paesi anglosassoni, riferiti a diverse tipologie di evento e a diverse realtà territoriali. Tra i metodi proposti, alcuni hanno basi empiriche e mettono in relazione la mortalità alle caratteristiche dell evento, altri invece sono basati su simulazioni del comportamento individuale e delle cause del decesso. La maggior parte delle metodologie per la valutazione delle conseguenze economiche forniscono la stima delle perdite dirette in termini di danno a edifici (e loro contenuto) residenziali, commerciali e industriali, a infrastrutture e al territorio mentre trascurano le perdite indirette provocate dalla sospensione di servizi e attività socio-economiche. Per lo sviluppo di FloodRisk, fra le metodologie disponibili in letteratura, sono state selezionate quelle di applicazione meno complessa per l utente finale e soprattutto implementabili con una quantità ragionevole di dati, facilmente reperibili. In tempi recenti è stato sviluppato dall Indonesia s National Disaster Management Agency (BNPB) e dal Governo Australiano, con il supporto della World Bank - Global Facility for Disaster Reduction and Recovery (World Bank-GFDRR), un prodotto software operante in ambiente QGIS, InaSAFE, che consente l analisi speditiva dell esposizione sulla popolazione e sugli edifici di diversi scenari di rischio (inondazioni, tsunami, vulcani e terremoti). Lo strumento, di facile e rapido utilizzo, si basa sull applicazione di funzioni di impatto molto semplificate per consentire agli operatori della protezione civile di effettuare, con estrema rapidità e con pochi dati, valutazioni speditive dell ordine di grandezza delle problematiche da affrontare per eventi che interessino vaste aree. Lo strumento FloodRisk affronta solo il rischio da inondazione (naturale o da dam-break), ma consente di effettuare valutazioni con un maggiore grado di dettaglio sia del danno economico sia di possibili perdite di vite secondo metodologie derivate da analisi di casi reali di rottura dighe. Con riferimento alle riviste internazionali di rilievo non si ha notizia di studi di modellazione fluidodinamica 3D per inondazioni, con trasporto di materiale granulare o di corpi solidi. I principali studi si riferiscono infatti a configurazioni 2D. Collocandosi in un contesto di ricerca molto attivo, gli studi di modellazione SPH proposti fanno quindi riferimento ad attività di ricerca avanzate, che cominciano solo in questi mesi ad essere investigate e realizzate a livello internazionale. Per quanto riguarda il tema della formazione di manicotti di ghiaccio sui conduttori, l esercizio in sicurezza della rete elettrica non può prescindere da una previsione meteorologica mirata e dalla verifica sul campo di quanto previsto. In questo senso la stazione sperimentale WILD costituisce il naturale complemento del sistema di previsione WOLF. L approccio condiviso a livello europeo è quello di verificare i modelli di previsione meteorologica e di crescita di ghiaccio con misure sperimentali non convenzionali. Islanda, Gran Bretagna e Repubblica Ceca hanno attrezzato stazioni o campate sperimentali sulle quali effettuare un monitoraggio del fenomeno e verificare le previsioni di crescita dei manicotti. I ricercatori che se ne occupano sono all interno dell IWAIS (International Workshop on Atmospheric Icing of Structures), al quale RSE partecipa. Un altro approccio molto seguito è quello di mettere a punto modelli di crescita di manicotto partendo da osservazioni meteorologiche e di verificarli con dati di accrescimento sulle linee o su prototipi in condizioni reali. In questa direzione vi è tuttavia scarsità di dati di verifica. Con la stazione sperimentale di Vinadio RSE è in grado di quantificare gli accrescimenti, verificare le previsioni di accrescimento e disporre delle informazioni meteorologiche raccolte durante gli eventi. A tal proposito RSE è stata contattata da RTE France e dal Servizio Meteorologico Norvegese per effettuare il test di un nuovo modello di accrescimento con i dati della stazione di Vinadio. La disponibilità di misure non convenzionali raccolte nel sito ha permesso ai ricercatori esteri di riprodurre attraverso i modelli gli accrescimenti reali con buona approssimazione. Questo pone RSE come partner di interesse qualora dovesse, come auspicano i ricercatori europei del settore, nascere un progetto europeo sull icing e il sistema di previsione. A livello nazionale TERNA ed ENEL hanno dimostrato ripetutamente il loro interesse verso WOLF e l attività sperimentale. RSE e TERNA concordano sull importanza della previsione delle correnti di anti-icing come approccio iniziale alla mitigazione attiva del fenomeno. Lo scopo è quello di confrontare il profilo orario della corrente prevista per le linee in allerta con le reali correnti in transito, al fine di valutare il rischio reale di esercizio in termini di debito di corrente e quindi di effetto Joule. Da qui l importanza anche di un adeguato set point di temperatura del conduttore, al momento impostato a 2 C, ma da ritenersi conservativo e quindi energivoro. Sulla mitigazione passiva si ritiene opportuno iniziare a testare assieme a TERNA il comportamento Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 27 di 360

28 in campo di conduttori di tipo innovativo in condizioni di nevicata. WILD ospiterà nel corso del prossimo inverno una sperimentazione su campioni di conduttori idrofobici forniti da TERNA per valutare a che punto è la ricerca su materiali che potrebbero essere impiegati in zone dove i fenomeni presentano le maggiori criticità. Con TERNA, durante il presente PAR, verrà valutata la possibilità di una seconda postazione di monitoraggio meteorologico per la validazione di WOLF e l installazione di una telecamera di sorveglianza su un traliccio AT per monitorare la formazione di manicotto su campate in esercizio. Strumenti di pianificazione e studi di espansione della rete di trasmissione Nel caso delle applicazioni realizzate nell anno corrente nell ambito degli studi di pianificazione e sviluppo della rete, un sondaggio condotto all interno del WG C1-24 del CIGRE ha confermato che ben pochi gestori dispongono di tool basati su Optimal Power Flow e quasi sempre si accontentano di snapshots riferiti ad ore tipiche (per esempio di massimo carico), ben sapendo che questi risultati non danno una visione complessiva del dispacciamento del sistema e mal si adattano allo svolgimento di analisi tecnico-economiche. RSE dispone di tool avanzati a supporto di un analisi delle esigenze di espansione di rete che tengono conto dell introduzione massiccia in rete di generazione da fonti rinnovabili e dell impiego di apparati per l accumulo di potenza. Alcuni concetti che contraddistinguono tali strumenti (p.es. il metodo Montecarlo sequenziale) vedono già alcune applicazioni sviluppate da centri di ricerca e gestori di rete, ma le modalità di realizzazione di ambienti efficienti, in grado di essere utilizzati per studi su sistemi di grandi dimensioni, sono tutt ora parte della ricerca scientifica. Il diretto o indiretto coinvolgimento di soggetti industriali, quali ENTSO-E, nei progetti europei in cui RSE partecipa evidenzia che i temi affrontati sono di frontiera rispetto allo status quo della ricerca nel settore elettrico. Per quanto riguarda il simulatore del mercato del bilanciamento transnazionale (realizzato in sinergia con il progetto ebadge) e il toolbox per l analisi costi-benefici (realizzato in sinergia con e-highway2050), si tratta di applicazioni con una notevole specificità, non usualmente reperibili presso altre organizzazioni. In relazione all influenza che le tematiche ambientali hanno sui processi di pianificazione e riordino della rete elettrica, profonde trasformazioni sono seguite all introduzione in Italia della Direttiva Europea 2001/42/CE concernente "la valutazione degli effetti di determinati piani e programmi sull'ambiente naturale" (cosiddetta Direttiva VAS). In questo ambito TERNA sta sviluppando, già da qualche anno, una serie di iniziative (a livello regionale) per sperimentare e mettere a punto strumenti per l applicazione della VAS ai propri piani di sviluppo, mentre il quadro della legislazione regionale risulta in certa misura più arretrato. Lo sviluppo di una metodologia finalizzata alla quantificazione dei costi esterni del settore elettro-energetico è dovuto, in campo europeo, al progetto ExternE (1998). Il suo successo è stato tale che la Commissione Europea ha promosso altri progetti, sempre inerenti all approfondimento, lo sviluppo e l applicazione di tale metodologia; l ultimo tra questi è il progetto NEEDS che si è concluso nel 2009 e, come i precedenti progetti, si è limitato essenzialmente all ambito della produzione di energia, trascurando le infrastrutture di trasporto che pure hanno una tale presenza e diffusione sul territorio da costituire un crescente problema (ambientale ma non solo). Attività di studio sull impatto ambientale delle linee elettriche sono svolte in ambito CIGRE (International Council on Large Electric Systems) con la partecipazione diretta di RSE al coordinamento di gruppi di lavoro e con la presidenza del Comitato di Studio SC C3 System Environmental Performances. Allo stato attuale l aspetto che viene percepito come maggiormente problematico è rappresentato dalla difficoltà di confrontare impatti e benefici che si esercitano su differenti scale spaziali e temporali e su diversi portatori di interessi. Ciò è riconosciuto come uno dei fattori che più limitano l accettabilità pubblica delle nuove infrastrutture di rete e ne ostacolano 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) su linee guida per infrastrutture energetiche trans-europee, in cui viene introdotto un regime di priorità per i Progetti di Comune Interesse (PCI) e si affida a ENTSO-E la responsabilità di sviluppare una metodologia Costi-Benefici per l identificazione di tali progetti. Sempre nello stesso regolamento vengono previsti misure specifiche e delle linee guida per garantire la trasparenza del processo decisionale e la partecipazione pubblica nella autorizzazione e realizzazione dei PCI. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 28 di 360

29 IL PROGETTO NEL TRIENNIO Obiettivo finale delle attività Gli scenari della produzione e consumo di energia elettrica in Italia devono essere attentamente rivisti alla luce dei profondi mutamenti in atto, di natura strutturale o di tipo normativo. Le indicazioni strategiche emerse nel corso degli ultimi anni indicano la necessità di una più stretta collaborazione tra i decisori politici (Governi, Parlamenti, Autorità regionali), unitamente a una corretta informazione della pubblica opinione, e di una più stretta integrazione tra i vari Paesi a livello mondiale, anche attraverso nuove interconnessioni elettriche, rese necessarie dall evoluzione della domanda e dell offerta di energia. La nuova politica energetica deve trasformare il ruolo passivo del cittadino consumatore in un ruolo attivo capace, ad esempio, di interagire, attraverso un accorta gestione della domanda, con i cambiamenti in atto sul lato dell offerta. Le attività di ricerca del presente progetto saranno orientate, quindi, alla promozione di un sistema energetico più sicuro ed efficiente, che favorisca il contenimento dei prezzi dell energia elettrica per i consumatori e per le imprese in un contesto caratterizzato sia dalle politiche di liberalizzazione e sviluppo della concorrenza, attuate dal Governo italiano, sia dalle politiche ambientali definite a livello europeo. Per quanto concerne gli studi sulle reciproche interazioni tra sistema elettrico e clima, il progetto si pone l obiettivo di fornire strumenti per valutare l influenza delle variabili meteorologiche sulla domanda elettrica giornaliera, simulazioni climatologiche e misure dei gas serra climalteranti per valutare l impatto dei cambiamenti climatici sul sistema di produzione. Per le attività relative agli scenari del sistema elettro-energetico e del mercato elettrico e l impatto dello sviluppo delle fonti rinnovabili il progetto intende utilizzare lo strumento degli studi di scenario e gli strumenti di simulazione del mercato elettrico per quantificare le criticità emergenti o i cambiamenti attesi a medio-lungo termine in seguito all attuazione di determinate policy europee e nazionali (WEO, PAN, SEN, Clima Energia ) e in un contesto di market coupling, per individuare possibili interventi mitigatori e valutarne l efficacia e per fornire nel contempo indicazioni utili al Governo italiano in merito agli investimenti da attuare, alle incentivazioni necessarie e alle relative ripercussioni sul costo dell energia elettrica e quindi sull utente finale. Per quanto riguarda la flessibilità del parco di produzione tradizionale, il progetto ha l obiettivo di valutare l effettiva flessibilizzazione degli impianti termoelettrici in uno scenario contraddistinto da una crescente penetrazione delle FPNR in rete e dalla maggiore variabilità di scambi con l estero, individuando metodi e strumenti che consentano di bilanciare al meglio i vantaggi derivanti da un esercizio flessibile di tali impianti con i costi dovuti a mancata produzione, manutenzioni più frequenti e onerose, l accorciamento della vita utile dei macchinari. Nell ambito della sicurezza del sistema elettrico italiano, il progetto ha diversi obiettivi: sviluppare nuovi metodi e strumenti che forniscano una visione olistica dei rischi del sistema integrato power/ict o che consentano analisi innovative statiche e dinamiche in linea per attuare o predisporre opportune azioni di controllo preventivo e correttivo in grado di ridurre il rischio d esercizio di grandi reti elettriche, tenendo conto delle incertezze previsionali; valutare la sicurezza del sistema elettrico in presenza di reti in corrente continua ad alta tensione (High Voltage Direct Current, HVDC) multiterminali, anche magliate (Multi-Terminal HVDC, MTDC); sviluppare un metodo probabilistico per la valutazione della Net Transfer Capacity (NTC) fra aree di rete, che tenga conto delle incertezze previsionali della produzione da FRNP e del carico; individuare soluzioni per far fronte alle problematiche di sicurezza associate a una elevata penetrazione di FRNP, alla riduzione dell inerzia e dei margini di riserva, p.es. mediante l impiego di sistemi di accumulo o di controllo dei carichi termici; sviluppare metodi e strumenti per valutare il rischio idroelettrico in caso di eventi di piena e garantire l esercizio in sicurezza delle infrastrutture idroelettriche in caso di eventi sismici o di degrado del materiale; sviluppare sistemi di previsione e allerta per le reti di media tensione in caso di sovraccarichi di ghiaccio sulle linee elettriche, fornendo la corrente di anti-icing, e mettere in opera una stazione sperimentale sia per ottenere i dati necessari a validare gli algoritmi di previsione sia per sperimentare conduttori innovativi. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 29 di 360

30 Con riferimento alla valutazione della sicurezza e del rischio di esercizio del sistema elettrico, proseguiranno le attività di sviluppo di metodologie e strumenti, realizzati in sinergia con i progetti AFTER, itesla, BEST PATHS, che saranno applicati a casi realistici. Con riferimento agli studi di pianificazione e di espansione delle rete di trasmissione, il progetto ha l obiettivo di sviluppare metodologie e strumenti standardizzati a livello europeo per l analisi costi/benefici dell espansione delle reti di trasmissione di grandi dimensioni, fortemente interconnesse mediante highway, tenendo conto della presenza della generazione da FRNP, di sistemi di accumulo e di tecnologie innovative. Altro obiettivo è il miglioramento dell accettabilità sociale delle nuove infrastrutture di rete, attraverso il coinvolgimento delle parti interessate, e l utilizzo di metodologie di valutazione che tengano conto delle esternalità ambientali mediante analisi multicriteri integrate con informazioni territoriali. Si segnalano inoltre le attività svolte nell ambito dei progetti GridTech, e-highway2050, ebadge che in maniera sinergica forniranno supporto alle attività di Ricerca di Sistema, traendone essi stessi vantaggio. Descrizione dell attività a termine Il progetto, come già indicato, è strutturato in cinque linee di attività che trattano differenti problemi associati ai profondi cambiamenti, strutturali e normativi, in atto nel sistema e nel mercato elettrico nazionale, necessari per perseguire gli obiettivi di sostenibilità, sicurezza e competitività richiesti dalle politiche energetiche europee e nazionali. Oltre a individuare e analizzare le criticità del sistema elettrico nella sua configurazione attuale, il progetto cerca di individuare ex ante gli impatti che nuove disposizioni energetiche potrebbero determinare per fornire un supporto sia al Governo italiano in merito agli investimenti da attuare e alle incentivazioni necessarie sia ai nuovi progetti di espansione della rete al fine di garantire la continuità degli approvvigionamenti elettrici e ridurre il costo dell energia elettrica per l utente finale. Linea di attività 1: Scenari elettrici e clima Le attività dei precedenti anni hanno messo in luce che i consumi elettrici sono correlati alle condizioni meteorologiche soprattutto nella stagione invernale ed estiva, quando i picchi di temperatura determinano un evidente aumento del fabbisogno energetico per climatizzare per esempio gli edifici. Gli studi si erano pertanto articolati sull analisi delle variabili meteo-climatiche che possono influenzare gli scenari energetici e sullo sviluppo del modello PreGio che effettua previsioni giornaliere della domanda elettrica, basandosi sui dati misurati o di forecast meteorologico. La probabile attuazione a breve di politiche di mitigazione dei cambiamenti climatici - tema oltretutto di grande interesse per TERNA - ha portato a focalizzare l attenzione su questo aspetto prevedendo di realizzare nel presente PAR simulazioni climatologiche ad hoc per valutare l impatto dei cambiamenti climatici sulle principali variabili meteorologiche che maggiormente influenzano il sistema elettro-energetico, e di proseguire il monitoraggio in continuo delle concentrazioni dei principali gas climalteranti presso la stazione di Plateau Rosa. Linea di attività 2: Scenari dei sistemi elettro-energetici e impatto dello sviluppo delle fonti rinnovabili Nell attività di sviluppo di scenari, ha un ruolo determinante l utilizzo dei modelli dei sistemi energetici ed elettrici (MONET e MATISSE) e del simulatore del mercato elettrico (s-mtsim), sviluppati nei precedenti anni di Ricerca di Sistema. Parte dell attività sarà necessariamente dedicata alla manutenzione, all aggiornamento e al continuo sviluppo di tali modelli. Si effettueranno diversi studi di scenario per analizzare sia aspetti particolari o innovativi dei sistemi elettrico ed energetico nazionale sia situazioni più generali. In particolare, si valuteranno scenari dell'intero sistema energetico nazionale al 2030 considerando le azioni e gli obiettivi previsti dal PAN e dalla Strategia Energetica Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 30 di 360

31 Nazionale, che fanno riferimento agli scenari globali del World Energy Outlook (WEO 2012) 12. Gli scenari energetici saranno sviluppati con il modello multiregionale del sistema energetico italiano MONET. Sarà sviluppato inoltre uno specifico studio di scenario per valutare le criticità che i cambiamenti climatici potranno determinare sul sistema elettrico, visto che già presenta difficoltà nel dispacciamento e nella sicurezza della fornitura soprattutto a causa della rapida e rilevante penetrazione in rete delle FRNP. Per valutare l impatto dello sviluppo delle FRNP sull esercizio del sistema di generazione e sul mercato elettrico nazionale, si analizzeranno scenari caratterizzati da diversi livelli di produzione da FRNP, valutandone l impatto su unit commitment e dispacciamento delle unità di generazione convenzionali, tenendo conto dei margini di riserva necessari e dell aleatorietà della produzione da FRNP. In particolare, tale tematica sarà approfondita nel Triennio di Ricerca di Sistema da un lato perfezionando gli scenari di sviluppo delle FRNP man mano che si ridurranno gli attuali fattori di incertezza (ad esempio termine del Quinto Conto Energia e sviluppo del fotovoltaico senza incentivi, funzionamento dei nuovi meccanismi di aste e registri per l assegnazione degli incentivi alle rinnovabili non fotovoltaiche, ecc.), dall altro focalizzandosi sulle necessità di fornitura di servizi di riserva primaria, secondaria e terziaria, necessari per l esercizio in sicurezza del sistema e a rischio in caso di rilevante sviluppo di FRNP. Le simulazioni di mercato, effettuate mediante smtsim, consentiranno inoltre di valutare l impatto dello sviluppo delle FRNP sugli esiti del mercato elettrico stesso quali, ad esempio, la variazione dei livelli e dei profili di prezzo e l incremento della frequenza di prezzi a zero, tenendo anche conto dell integrazione del mercato elettrico italiano con i mercati europei (Market Coupling). Ulteriori valutazioni saranno effettuate relativamente all utilizzo di sistemi di accumulo di energia al fine di ridurre gli sbilanciamenti causati dall aleatorietà intrinseca nelle FRNP. La valutazione dell impatto dello sviluppo delle FRNP sulle reti di distribuzione sarà invece finalizzata ad identificare e quantificare, su reti test ritenute significative, l impatto sui principali parametri di qualità del servizio (ad esempio sovratensioni) e di affidabilità della fornitura, vincoli, questi, che possono limitare la diffusione della generazione distribuita (GD) stessa. Inoltre l attività di studio sarà rivolta a illustrare possibili metodi di risoluzione dei vincoli evidenziati, in particolare tramite modalità di regolazione delle reti di distribuzione innovative rispetto a quelle attuali, che possano essere implementate in tempi ragionevoli e con costi ridotti, e che possano rappresentare una soluzione flessibile rispetto a futuri sviluppi delle architetture e degli algoritmi di supervisione e regolazione. Con riferimento alla stima della produzione fotovoltaica, si metterà a punto una tecnica di stima della radiazione globale a partire dalla copertura nuvolosa stimata con il software SAFNWC da dati da satellite. Tale tecnica sarà validata con il database SolarGIS, uno dei più accurati Atlanti Solari, applicandola a siti di riferimento. La tecnica, applicata a tutto il territorio italiano per il periodo , permetterà di caratterizzare l insolazione con una risoluzione spaziale e temporale pari a quella dei dati da satellite (3.5 km, 15'). Sarà inoltre creato l archivio RADSAF, nel quale ciascun punto di terra è descritto da una classe di copertura nuvolosa, da un flag di qualità del dato e da un valore di radiazione globale, oltre che da informazioni territoriali che ne definiscono l ubicazione e l appartenenza territoriale. Utilizzando i dati RADSAF sarà possibile effettuare analisi della copertura nuvolosa e di radiazione solare su tutto il territorio nazionale, per studiarne la variabilità spaziotemporale, e sarà possibile stimare l energia prodotta per aree di mercato. Sarà infine gestita e migliorata la stazione di misura della radiazione solare presso la sede RSE di Milano allo scopo di disporre di misure solari affidabili e di qualità. Linea di attività 3: La flessibilità del parco di generazione Le mutate condizioni del mercato elettrico - legate principalmente al forte incremento in rete della produzione da FRNP con priorità di dispacciamento e alla riduzione della domanda elettrica dovuta al protrarsi della crisi economica - hanno di fatto comportato una modifica del funzionamento degli impianti termoelettrici. Tradizionalmente tali impianti erano eserciti a carico base, mentre nel contesto attuale il loro funzionamento è spesso limitato alle sole ore di picco di carico. In aggiunta, per garantire la stabilità della frequenza di rete in 12 World Energy Outlook 2012 dell International Energy Agency - Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 31 di 360

32 presenza della generazione tipicamente aleatoria delle FRNP, il sistema esige che tali impianti abbiano una flessibilità operativa sempre più spinta e una migliore efficienza termica. Per gli impianti termoelettrici si pone quindi il problema di bilanciare i vantaggi economici derivanti dalla capacità di adeguare tempestivamente la generazione al carico con i costi dovuti al maggior consumo di vita del macchinario causato dall esercizio flessibile, e alla mancata produzione legata alla conseguente necessità di eseguire più interventi di manutenzione. Al fine di ottimizzare l efficienza degli impianti termoelettrici e nel contempo minimizzare gli interventi di manutenzione, si proseguono le attività di sviluppo di un sistema per misurare la Temperatura del gas in Ingresso Turbina (TIT) e di un sistema Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS) in grado di operare in linea sul nastro trasportatore degli impianti termoelettrici a carbone per fornire in tempo reale la composizione elementale del carbone in ingresso ai mulini di macinazione. Il primo studio è orientato al miglioramento delle condizioni operative dei sistemi turbogas in quanto la TIT rappresenta un parametro critico che influenza sia lo stato del materiale di rivestimento delle turbine, e quindi la loro vita utile, sia l efficienza dell impianto. Il secondo studio, invece, è funzionale alla fase di controllo/ottimizzazione del funzionamento delle caldaie negli impianti termoelettrici a carbone: conoscere a priori la composizione chimica del carbone consentirebbe, infatti, di ottimizzare l efficienza del processo di combustione e, nel contempo, di prevenire la formazione di depositi di cenere vetrificata sugli scambiatori di calore della caldaia (fenomeno dello slagging). Le attività della linea affrontano anche il problema della flessibilizzazione dei cicli combinati, i più diffusi in Italia, che sono attualmente scarsamente utilizzati dati i loro requisiti tecnici. La maggiore flessibilità operativa, alla quale i componenti di questi impianti devono essere sottoposti, causa un progressivo deterioramento del materiale dovuto essenzialmente a fenomeni di fatica termo-meccanica. Per evitare di giungere alla rottura dei componenti, soprattutto quelli che operano ad alta temperatura, servono metodi di valutazione del consumo di vita dei materiali che siano in grado di prevedere con precisione l insorgere di danneggiamenti. Su questo fronte si continuano le attività sia a livello sperimentale sia numerico. Nel primo caso si eseguiranno diverse prove sperimentali (di fatica oligociclica, di fatica termomeccanica e di ossidazione ciclica) per determinare le curve di riferimento e il consumo di vita dei materiali dei componenti delle turbine. Nel secondo caso si miglioreranno le condizioni di scambio termico del modello a elementi finiti, sviluppato con un codice multifisico, per simulare le manovre più gravose cui sono sottoposti gli impianti e valutare quali siano le situazioni peggiori in termini di sforzo termo-meccanico. Successivamente, si introdurrà un legame non lineare per descrivere il comportamento elastoplastico del materiale. Linea di attività 4: Sicurezza del sistema elettrico italiano, includendo l analisi delle reti di trasporto in corrente continua Le attuali politiche energetiche a livello europeo e nazionale, volte a favorire la generazione e il dispacciamento delle FRNP, stanno facendo evolvere il sistema elettrico verso un nuovo assetto che, se da un lato è in grado di rispondere alle esigenze che via via emergono, dall altro lato fa nascere criticità che rendono difficoltoso l esercizio in sicurezza del sistema elettrico stesso. Le logiche di mercato per esempio impongono lo sfruttamento del sistema riducendo sempre più al limite i margini di stabilità della rete, aumentando quindi il rischio di eventi di cascading e quindi black-out. In tale contesto, il tema della sicurezza ha acquisito di nuovo un importanza rilevante perché la continuità degli approvvigionamenti è un requisito che il sistema elettrico deve necessariamente mantenere e garantire agli utenti finali, a prescindere da qualsiasi cambiamento in atto, minaccia, contingenza o vulnerabilità. Per ridurre i rischi d esercizio della rete, gli studi sono stati orientati a superare i limiti dei metodi tradizionali, mettendo a punto metodi e strumenti che forniscano una visione integrata del sistema Power / Information and Communications Technology (PS/ICT), avvalendosi di un simulatore probabilistico dei processi di cascading a fronte delle contingenze. La metodologia, sviluppata in sinergia con il progetto europeo AFTER, sarà in grado di considerare le incertezze di risposta dei sistemi di protezione, difesa e controllo, oltre alle incertezze dello stato iniziale della rete mediante tecniche di power flow probabilistico. In particolare, applicando a una rete realistica di dimensioni contenute il prototipo ISAP+, si definirà come le diverse minacce, le vulnerabilità dei componenti e le contingenze singole o multiple contribuiranno al rischio. Siccome le analisi di rischio sono generalmente impiegate nella programmazione dell esercizio fuori linea a causa della loro complessità, il progetto metterà a punto, in collaborazione con il progetto europeo itesla, una metodologia che analizza la sicurezza N-1 in linea Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 32 di 360

33 dello stato attuale e previsionale del sistema - tenendo conto degli aspetti dinamici e delle incertezze d esercizio e previsionali - e fornisca indicazioni sulle possibili azioni di controllo correttive, o eventualmente preventive, da attuare. Le condizioni di sicurezza dei sistemi isolati o poco magliati, caratterizzati da elevata penetrazione di FRNP, verranno analizzate proseguendo lo studio del sistema elettrico della Sardegna in uno scenario al 2020, evidenziando le contromisure necessarie per migliorare i margini di sicurezza. Lo studio verrà poi esteso all intera rete italiana per valutare i requisiti di riserva terziaria, tenendo conto delle incertezze previsionali delle FRNP. Altri studi specifici sulla sicurezza del sistema elettrico verranno realizzati: (1) per valutare come sfruttare al meglio la reale capacità di trasporto dei collegamenti elettrici mediante un approccio Dynamic Load Rating (DLR), basato sul controllo delle condizioni meteorologiche ambientali effettive e della temperatura dei conduttori; (2) per analizzare l impiego di sistemi di accumulo per compensare il deficit di servizio di regolazione primaria di frequenza fornito dagli impianti tradizionali, causato dall elevata produzione da FRNP; (3) per redigere un discussion paper dedicato all analisi delle principali tematiche di mercato, regolamentazione, policy e pianificazione del sistema elettrico europeo in ambito ISGAN; (4) per definire una nuova metodologia probabilistica, sviluppata nella piattaforma ISAP+ ( 1.1.1), in grado di valutare la Net Transfer Capacity tra aree e per valutare l impatto di una gestione flessibile dei carichi termici sulla regolazione della frequenza in una rete ad estensione regionale o nazionale; (5) per sviluppare strumenti di calcolo probabilistici per ricavare i flussi di potenza in presenza di generazione da fonti ad alta variabilità, quale quella eolica. Gli studi condotti hanno l obiettivo di mettere in luce che una criticità emergente nell esercizio del sistema riguarda la carenza di inerzia, dovuta alla riduzione del numero di macchine sincrone in esercizio. L inerzia, oltre a stabilizzare il sistema rispetto alle piccole oscillazioni, ha l effetto - positivo per la stabilità - di contenere le deviazioni di frequenza negli istanti critici immediatamente successivi a un disturbo, prima dell intervento della regolazione primaria. Il Progetto valuterà pertanto le relazioni fra l inerzia e i valori di picco dei transitori di frequenza e l adeguatezza di soluzioni che prevedono l impiego di sistemi di accumulo elettrochimico, caratterizzati da differenti prestazioni di regolazione, per fornire una maggiore risposta inerziale, utile soprattutto nel caso di sistemi isolati o poco magliati come quello della Sardegna. Altra soluzione per fronteggiare il problema della riduzione di inerzia e dei margini di riserva primaria è quella di tipo smart grid, che introduce nei carichi elettrici di tipo termico un controllo sensibile alla frequenza per contribuire alla stabilità del sistema in caso di perturbazioni di frequenza. Nella presente linea, si è considerata la sicurezza delle infrastrutture idroelettriche, orientando le attività passate allo studio della risposta strutturale ai terremoti dei sistemi diga-bacino-fondazione (alla luce dei maggiori requisiti prestazionali e di sicurezza richiesti dalla proposta di aggiornamento delle norme tecniche italiane in materia di dighe); all analisi del comportamento a lungo termine delle dighe in calcestruzzo che presentano reazioni alcali-aggregato; allo sviluppo di metodologie di rischio per valutare le conseguenze del collasso di una diga in termini di decessi e di danni economici e ambientali; allo sviluppo della tecnica Smoothed Particle Hydrodynamics per rappresentare inondazioni costiere, urbane, fluviali e areali, dam break e dam breach, perdite da serbatoi di stoccaggio, inondazioni innescate da frane o attività vulcanica. Nel corso del presente anno le attività di modellazione sismica saranno orientate a fare chiarezza su alcuni importanti aspetti relativi alla simulazione del comportamento sismico delle dighe ad arco, rivolgendo particolare attenzione ai metodi per rappresentare l azione sismica, confrontando quelli tradizionali con metodi innovativi Si proseguirà inoltre l attività sperimentale sul tema dell invecchiamento delle strutture idroelettriche per la valutazione del comportamento delle dighe italiane in calcestruzzi con cementi pozzolanici nei confronti del rischio di reazione alcali-aggregato a lungo termine. Si proseguirà lo sviluppo dello strumento FloodRisk che integra risultati di modelli idraulici per la definizione delle aree inondabili in caso di dam break e utilizza informazioni territoriali, socio-economiche e metodologie per la stima delle conseguenze per calcolare le perdite di vite e i danni economici. Si sperimenterà in un benchmark promosso da ENEL lo strumento Haltflood, sviluppato negli anni passati da RSE nell ambito della Ricerca di Sistema, per la previsione in tempo reale delle piene a monte delle dighe e l attivazione dei piani di emergenza. Per lo studio delle inondazioni, il Progetto prosegue lo sviluppo della tecnica SPH per la simulazione di inondazioni 3D con trasporto solido di fondo con rappresentazione delle forze di resistenza sul fondo e degli sforzi viscosi e inondazioni 3D con trasporto simultaneo di corpi solidi e materiale granulare. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 33 di 360

34 Infine, nella presente linea è stato affrontato il fenomeno all accumulo di neve e ghiaccio sulle linee elettriche, che spesso comporta black-out e costi elevati per il ripristino dei tralicci e il risarcimento dei danni. Per migliorare e validare gli algoritmi del sistema di previsione e allerta WOLF è ora possibile disporre dei dati rilevati presso la stazione sperimentale fissa realizzata a Vinadio (CN) nel corso del precedente Piano Annuale, denominata WILD (Wet-snow Ice Laboratory Detection). ). Le prossime attività riguarderanno in particolare l ottimizzazione del calcolo delle correnti di anti-icing e la sperimentazione di conduttori innovativi forniti da TERNA stessa. Linea di attività 5: Strumenti di pianificazione e studi di espansione della rete di trasmissione Gli studi di pianificazione e sviluppo della rete di trasmissione devono tener conto delle condizioni attuali di esercizio del sistema elettrico, avvalendosi di strumenti modellistici adeguati che siano in grado di valutare le nuove esigenze e criticità. Come messo in luce in precedenza, l'introduzione in rete di quantità sempre più massicce di generazione a regime variabile da FRNP ha richiesto una sostanziale modifica degli strumenti modellistici attraverso l implementazione di metodi di tipo probabilistico. Simultaneamente, la prospettiva di integrare nel sistema elettrico dispositivi di accumulo, accomunati da un comportamento integrale funzione della storia passata del sistema, ha comportato la modifica dell assetto non sequenziale degli strumenti di calcolo che deve essere ora necessariamente di tipo sequenziale. Si proseguirà, pertanto, l attività di sviluppo di strumenti quali MTSIM+ e REMARK+ con l obiettivo di migliorare le loro capacità modellistiche, simulando sistemi sempre più complessi e ottimizzando nel contempo i tempi di calcolo. In entrambi gli strumenti è stato integrato il tool AMaCha che estrae da serie storiche di produzione eolica e fotovoltaica andamenti casuali di generazione, aventi le medesime caratteristiche statistiche dei dati di partenza. In collaborazione con il Progetto RdS Generazione distribuita, reti attive e sistemi di accumulo, utilizzando il nuovo REMARK+ si aggiornerà lo studio ad hoc sul sistema elettrico della Sardegna, considerando un modello previsionale al 2020, per valutare gli effetti della messa in esercizio di un impianto di pompaggio marino. I risultati preliminari ottenuti nel precedente PAR avevano messo in evidenza che tale impianto aumenta le esportazioni della Sardegna verso il continente, migliorando quindi lo sfruttamento delle risorse locali più economiche ma, per contro, aumenta le congestioni del collegamento SA.PE.I. Gli studi di pianificazione devono debitamente considerare anche il contesto europeo in quanto gli obiettivi della politica energetica europea stanno condizionando profondamente la situazione nazionale e mirano al conseguimento di un mercato dell energia competitivo su scala pan-europea per assicurare all'europa energia sostenibile, a prezzi competitivi. Per questo motivo, negli ultimi anni si è promossa una forte partecipazione a Progetti Europei al fine di condividere e affrontare congiuntamente le criticità del sistema, oltre a prendere parte allo sviluppo di soluzioni innovative e alla definizione di nuovi piani di espansione. In particolare, RSE partecipa attivamente ai Progetti Europei: GridTech (studio di tecnologie innovative da implementare nel sistema elettrico europeo per il raggiungimento degli obiettivi di produzione da FER in un contesto di mercato europeo dell energia, mantenendo gli standard di sicurezza a livello operativo), e-highway2050 (sviluppo di una metodologia per valutare e selezionare gli investimenti al 2050 atti allo sviluppo di collegamenti transnazionali a supporto di una rete di trasmissione pan-europea e di un mercato unico europeo), ebadge (creazione di un unico mercato elettrico europeo attraverso la definizione di meccanismi di bilanciamento tra differenti nazioni che siano in grado di migliorare l efficienza complessiva del sistema e lo sfruttamento delle risorse) e INSPIRE- Grid (maggiore coinvolgimento degli stakeholder nei processi di sviluppo delle infrastrutture di rete, migliorando in tal modo l accettabilità sociale). Oltre al tema dell accettabilità sociale, nel presente Piano Annuale di ricerca si approfondiranno gli aspetti ambientali mediante lo sviluppo sia dello strumento GIS-SPLE che effettua analisi multicriteri e sfrutta le potenzialità rappresentative delle mappe territoriali sia di un applicativo che determina i costi esterni sul paesaggio, basandosi sui risultati ottenuti con gli esperimenti di scelta. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 34 di 360

35 Prodotti significativi previsti alla fine del triennio Linea 1 - Scenari elettrici e clima Dati di monitoraggio delle concentrazioni di fondo dei gas serra presso la Stazione di Plateau Rosa, messi a confronto con i dati forniti da altre stazioni di misura nazionali ed europee. Aggiornamento sito web OASi (Osservazioni Ambientali e Sistema Elettrico). Valutazione dell influenza delle variabili meteorologiche sulla domanda elettrica e studio degli impatti dei cambiamenti climatici sulle infrastrutture del sistema elettrico nazionale. Sito web CLIMED per la visualizzazione della variabilità a lungo termine delle grandezze meteorologiche legate al sistema elettro-energetico italiano sulle regioni italiane. Modello software PreGio per la previsione della domanda elettrica giornaliera basato su misure o dati forecast delle variabili meteorologiche. Valutazione degli impatti dei cambiamenti climatici, con riferimento alla disponibilità della risorsa idrica, mediante i progetti europei ACQWA e Claris LPB. Linea 2 - Scenari dei sistemi elettro-energetici e impatto dello sviluppo delle fonti rinnovabili Aggiornamento dei modelli energetici e del mercato elettrico MATISSE, MONET e smtsim con le informazioni tecnico-economiche relative alle nuove tecnologie per l offerta, la domanda e l accumulo di energia, con particolare attenzione alle fonti rinnovabili e alle tecnologie per l efficienza energetica. Studi di scenario del sistema elettrico ed energetico nazionale definendo uno scenario di Riferimento che persegua le indicazioni del Piano d Azione Nazionale (PAN) e della Strategia Energetica Nazionale (SEN) e uno scenario di Policy che introduca i possibili prossimi target al 2030 che potranno derivare dal Pacchetto Clima Energia EU 2030 in via di definizione. Studi di scenario (a supporto dell attività del Governo Italiano nell ambito della definizione e trattativa sugli obiettivi Clima Energia 2030 per l Europa) relativi all impatto dello sviluppo delle fonti rinnovabili non programmabili sull esercizio del sistema elettrico e sul mercato elettrico nazionale al 2030 con lo sviluppo delle FRNP in accordo con la politica europea clima-energia e la formulazione di possibili azioni per la mitigazione delle criticità. Studi di scenario del sistema energetico italiano finalizzati alla valutazione degli effetti della penetrazione di nuove tecnologie per il soddisfacimento di servizi energetici (ad esempio delle pompe di calore per il riscaldamento) e dell impatto dei cambiamenti climatici. Analisi di scenario sullo sviluppo della domanda elettrica nazionale in funzione del contesto macro economico e delle misure per l incremento di efficienza energetica. Analisi degli impatti sull esercizio del sistema e sul mercato elettrico dei principali fattori di influenza attuali o attesi (lo sviluppo delle FRNP, le nuove interconnessioni, i cambiamenti climatici, il verificarsi degli eventi di prezzi a zero sul MGP). Simulazioni di mercato per l analisi dettagliata delle criticità del sistema elettrico nazionale al 2020 in contesto di market coupling europeo. Sviluppo della banca dati RADSAF che raccoglie le misure di radiazione solare da satellite sul territorio italiano Sviluppo di una metodologia per stimare la profilazione oraria della produzione fotovoltaica in comuni, provincie, regioni e aree di mercato del territorio italiano. Sviluppo di un sito web meteo con le mappe di radiazione solare da satellite sul territorio italiano. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 35 di 360

36 Linea 3 - La flessibilità del parco di generazione Metodologie e strumentazione utile per la stima del degrado di impianti a ciclo combinato in funzione delle manovre di esercizio necessarie per il mantenimento delle condizioni di stabilità della rete Sistema di tipo ottico non intrusivo, applicabile in campo, per migliorare l esercizio flessibile degli impianti a ciclo combinato attraverso la misura e il controllo della Temperatura Ingresso Turbina (TIT) Sistema prototipale, basato sulla tecnica spettroscopica LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy), per la caratterizzazione elementale del carbone in ingresso ai mulini di macinazione delle centrali termoelettriche, determinando sia il potere calorifico del combustibile sia la temperatura di fusione delle ceneri prodotte a valle della combustione. Linea 4 - Sicurezza del sistema elettrico italiano, includendo l analisi delle reti di trasporto in corrente continua Sviluppo del software ISAP+ (Integrated Security Assessment Platform), che racchiude l ambiente PRACTICE, per l analisi del rischio di disservizio dovuto a contingenze di rete e malfunzionamenti dei sistemi di controllo ICT. Sviluppo di metodologie e strumenti per valutare la massima penetrazione delle FRNP e i requisiti di riserva necessari per l esercizio in sicurezza della rete. Sviluppo di strategie di controllo e strumenti di analisi per l esercizio in sicurezza del sistema elettrico in presenza delle future reti HVDC multi-terminali. Valutazione di Net Transfer Capacity (NTC) fra Aree di rete, basata su dati probabilistici delle incertezze previsionali di FRNP e di carico. Valutazione dell impatto sulla sicurezza e sui requisiti di riserva determinato dall introduzione di logiche di controllo di carichi diffusi, sensibili a grandi perturbazioni di frequenza. Metodologie e strumenti per la valutazione della sicurezza delle infrastrutture idroelettriche, quali MORIMOR-GIS per la valutazione delle operazioni di rimozione dei sedimenti degli invasi idroelettrici sull ambiente fluviale a valle e FLOODRISK per lo studio delle conseguenze di una inondazione (danno economico e perdita delle vite umane) sul territorio a valle di impianti idroelettrici. Approfondimento delle metodologie di analisi dinamica a supporto della valutazione della sicurezza sismica delle dighe in calcestruzzo Benchmark su un impianto reale fra HaltFlood ed un altro software commerciale per la previsione dei deflussi. Simulazioni numeriche SPH per la rappresentazione di fenomeni di inondazione. Valutazione della capacità residua di assorbimento di alcali - sodio e potassio - da parte dei cementi pozzolanici completamente idratati (estensione della sperimentazione ad un più ampio intervallo di concentrazioni di alcali), in particolare di KOH, interessando anche concentrazioni superiori, in termini di potassio, alla concentrazione di questa specie nel liquido dei pori delle matrici cementizie Sviluppo e validazione del sistema WOLF per la previsione e l allerta di condizioni critiche di formazione di ghiaccio sulle linee elettriche. Messa a disposizione sul sito web meteo delle mappe di rischio wet snow fornite da WOLF (Wet-snow Overload alert and Forecasting) a supporto della pianificazione della rete di MT e della scelta del tipo di cavo da mettere in esercizio. Realizzazione e messa in esercizio della stazione di monitoraggio WILD (Wet-snow Ice Laboratory Detection) per la verifica e la validazione degli algoritmi di WOLF e l acquisizione di misure in campo Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 36 di 360

37 Linea 5 - Strumenti di pianificazione e studi di espansione della rete di trasmissione Sviluppo del software REMARK+ per l analisi costi/benefici basata sulla simulazione delle condizioni d esercizio del sistema elettrico, tenendo conto della presenza di rinforzi della rete, di FRNP e di elementi di accumulo mediante l implementazione del metodo Montecarlo sequenziale. Implementazione del metodo Montecarlo sequenziale nel simulatore di mercato MTSIM. Sviluppo di un simulatore del mercato di bilanciamento trans-nazionale (in sinergia con ebadge). Sviluppo di una metodologia costi-benefici per la pianificazioni di electricity highways in Europa al 2050 (in sinergia con e-highway2050). Sviluppo dello strumento GIS-SPLE che integra il software SESAMO - sviluppato da RSE per svolgere analisi multicriteri a supporto delle fasi decisionali di sviluppo della rete elettrica - con il software open source Quantum-GIS, in grado di generare mappe territoriali. GIS-SPLE consente la valutazione delle esternalità ambientali, attualmente non applicata dai TSO. Coordinamento con attività di ENEA e CNR Non ci sono attività di CNR ed ENEA sui temi trattati dal presente progetto, pertanto non è prevista la costituzione di gruppi di lavoro di coordinamento degli Accordi di Programma. Come riportato precedentemente, RSE collabora con ENEA a supporto di MiSE per gli studi relativi agli scenari del sistema energetico al 2030, in relazione agli obiettivi comunitari Si segnala inoltre la presenza di ENEA nel progetto europeo AFTER; inoltre, ENEA fornisce a RSE le misure di radiazione solare presso la postazione di Casaccia che vengono parzialmente utilizzate (in quanto di bassa risoluzione temporale) per mettere a punto il modello di stima della radiazione solare da dati da satellite nell ambito del presente progetto. A sua volta RSE fornisce ad ENEA le previsioni di radiazione solare per le stazioni di Roma Casaccia, Priolo Gargallo (SR) e Milano. Benefici previsti per gli utenti del sistema elettrico nazionale dall esecuzione delle attività Le attività di ricerca svolte nel triennio per il presente progetto forniranno risposte e soluzioni applicative, aggiornate ed innovative che contribuiranno a garantire da un lato la continuità della fornitura elettrica - assicurata solo se saranno mantenuti margini di sicurezza adeguati nell esercizio della rete - dall altro lato lo sviluppo e l evoluzione del sistema elettro-energetico nazionale, tutelando gli aspetti ambientali-sociali e promuovendo nel contempo una crescente interconnessione con i sistemi degli altri Paesi. Le attività volte ad analizzare i possibili scenari di sviluppo del sistema energetico e del sistema/mercato elettrico riscontrano sempre più interesse anche in ambito nazionale da parte degli operatori dei mercati energetici (che mostrano attenzione crescente verso gli eventi di divulgazione dei risultati degli studi di scenario), da parte dei gestori sia della rete sia dei servizi per il sistema energetico (che indicano in modo anche esplicito gli aspetti e le criticità attese che desidererebbero vedere affrontate in tali studi) e dai regolatori, in primis il Ministero dello Sviluppo Economico, per poter meglio valutare gli effetti delle proprie scelte soprattutto in riferimento all orientamento da tenere rispetto alle politiche europee per la riduzione delle emissioni di CO 2. In termini più specifici e a titolo di esempio, si rilevano la necessità di realizzare studi da cui trarre indicazioni per sviluppare i piani di adattamento ai cambiamenti climatici da parte del TSO nazionale, ma anche la preoccupazione del Gestore dei Servizi Energetici in merito alla possibile evoluzione dell ammontare degli oneri sulla bolletta elettrica spinti anche dai sempre più frequenti eventi di mercato elettrico con prezzi nulli. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 37 di 360

38 Sui cambiamenti climatici, inoltre, permane per il nostro Paese la necessità di sviluppare un piano nazionale per l adattamento. A tal fine, informazioni utili potranno senz altro essere ricavate dagli studi effettuati da RSE in collaborazione con TERNA in quanto valuteranno i rischi che i cambiamenti climatici determineranno sulla rete elettrica nazionale, mediante un analisi accurata delle variazioni attese nelle prossime decadi per le principali variabili meteorologiche e per gli eventi estremi. Nello stesso tempo, anche le misure di qualità dei principali gas serra, fornite dalla stazione di Plateau Rosa, daranno indicazioni utili sui cambiamenti climatici in atto; la misura in continuo del fondo naturale, che valuta come la composizione dell atmosfera si modifica nel tempo, sarà utile anche al fine di monitorare l efficacia di eventuali azioni di contenimento delle emissioni di gas serra a livello nazionale e mondiale. Relativamente agli studi sulle conseguenze del nuovo pacchetto clima energia 2030 (in corso di definizione) si annoverano le richieste in merito da parte del governo italiano (Ministero dello Sviluppo Economico, Ministero dell ambiente e Presidenza del Consiglio) finalizzate a indirizzare le posizioni che potranno essere prese dal nostro Paese nelle trattative, a livello comunitario, per la definizione dei nuovi obiettivi vincolanti. Lo sviluppo di studi di scenario e della capacità di simulazione del mercato elettrico europeo, rispetto al solo mercato elettrico nazionale, è stato più volte sollecitato anche dallo stesso Ministero dello Sviluppo Economico. Le pubblicazioni dei risultati, inoltre, riscuotono particolare attenzione da parte degli operatori e dei gestori del sistema elettrico. Gli aspetti rispetto ai quali gli stakeholder si attendono dei risultati relativi al mercato nazionale da parte di questi studi sono vari: l impatto sui prezzi zonali e sul PUN, sui livelli d importazione in un contesto di market coupling, sugli aspetti attualmente più critici quali la sovra-capacità produttiva e la difficoltà nel dispacciamento, sulle opportunità che potranno emergere per il sistema di produzione nazionale con i mercati accoppiati. È inoltre noto che se da un lato l accoppiamento dei mercati elettrici europei porta a un miglioramento delle performance complessive a livello regionale, alcuni singoli Paesi possono vedere un peggioramento rispetto alle condizioni di mercato separato: soltanto la conoscenza preventiva dei possibili rischi può consentire di pianificare gli interventi a tutela degli interessi nazionali. Con il passaggio al mercato europeo, inoltre, si avrà ancora di più la globalizzazione degli effetti determinati dalle scelte di politica energetica dei singoli Paesi, ad esempio l uscita anticipata o la riduzione della capacità nucleare di Francia e Germania, o il progressivo fuel switch dal carbone verso fonti meno impattanti in Germania. In questo senso l approccio della simulazione del mercato regionale è l unico in grado di dare una misura degli effetti sul nostro Paese di scelte operate nei Paesi vicini. Per quanto riguarda i sistemi di accumulo di energia, in particolare elettrochimici, i benefici che essi possono apportare alla gestione del sistema elettrico sono indubbi, in particolare in un contesto di elevata penetrazione di fonti rinnovabili non programmabili e di generazione distribuita. A tali benefici si contrappongono però gli attuali costi elevati che caratterizzano queste tecnologie, per cui è importante verificare con analisi quantitative la sostenibilità economica delle relative applicazioni, anche allo scopo di definire degli obiettivi di riduzione dei costi da perseguire. Un attenta analisi costi/benefici consentirà di evitare all utente del sistema elettrico ingiustificati esborsi ai fini dell incentivazione allo sviluppo delle tecnologie in oggetto. Negli studi di scenario e in quelli di simulazione del mercato elettrico è altresì importante avere informazioni attendibili e affidabili sulla produzione delle fonti rinnovabili non programmabili. A tal fine, sono di utilità gli studi condotti da RSE per stimare la produzione fotovoltaica, che oltretutto mettono a disposizione una banca dati di radiazione solare per l intero territorio nazionale, con risoluzione spaziale di 3-4 km e temporale di 15 minuti, nonché le misure dettagliate della radiazione solare e delle sue componenti rilevate presso la stazione di misura di RSE di Milano. Tali misure possono essere utilizzate anche dalla comunità scientifica per validare le previsioni di radiazione effettuate dai modelli matematici previsionali. D altro canto, la profilazione oraria della produzione fotovoltaica a livello di comune, provincia, regione e area di mercato è di sicuro interesse per gli operatori del mercato elettrico, GSE, TERNA, per i progettisti di nuovi impianti e per i gestori di impianti già in funzione per il monitoraggio continuo della loro efficienza e per una previsione della produzione di energia. L incremento considerevole di immissione in rete di potenza generata dalle fonti rinnovabili non programmabili con priorità di dispacciamento ha determinato, oltre a un eccesso di capacità produttiva, la necessità di ricorrere sempre di più ai servizi di rete, quali regolazione di frequenza, riserva, bilanciamento, copertura di rampe di carico per garantire l esercizio in sicurezza della rete. Questi fattori concorrono spesso a un sottoutilizzo degli impianti termici e, in particolare, dei cicli combinati già in esercizio, dovuto ai prezzi alti dei combustibili e alla Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 38 di 360

39 attuale limitata flessibilità operativa di questi impianti. Il costo del sottoutilizzo di tali impianti alla fine ricade proprio sugli utenti finali, ai quali oltretutto potrebbe non essere più garantita una adeguata continuità della fornitura elettrica a causa dell aumento dei disservizi dovuti a black-out e ad eventi di cascading. La messa a punto di tecniche e strumenti che concorrano a conciliare le esigenze di flessibilità del sistema con la salvaguardia degli investimenti e l affidabilità di esercizio degli impianti non possono che portare a una conseguente riduzione generale dei costi del sistema elettrico nazionale a vantaggio anche dell utente finale. In tale direzione si muovono anche gli studi effettuati per sviluppare sistemi di misura della TIT e della qualità del carbone mediante la tecnica LIBS. Nel primo caso, il lavoro di ricerca sperimentale sinora svolto permetterà di sviluppare nel prossimo futuro sistemi ingegnerizzati per la misura della TIT in grado di fornire informazioni utile per migliorare l efficienza di esercizio delle macchine turbogas. È ipotizzabile che l esistenza di un sistema per la misura della TIT inneschi un meccanismo di adeguamento, su specifica richiesta dei responsabili di impianto, che porterà a una rapida diffusione di sistemi di questo tipo con conseguente miglioramento dell efficienza di esercizio delle macchine turbogas, a vantaggio anche della collettività. Analogamente, nel secondo caso, il lavoro di ricerca sperimentale sinora svolto, mettendo a disposizione di tutti i produttori di energia i risultati ottenuti in ambito di Ricerca di Sistema, permetterà di sviluppare nel prossimo futuro sistemi ingegnerizzati per la misura in tempo reale e on-line della qualità del carbone. La disponibilità di tale sistema stimolerebbe i produttori di energia a dotarne gli impianti per poter contenere i costi di produzione ottenendo in questo modo un miglioramento complessivo dell efficienza di esercizio e una riduzione dell impatto ambientale del ciclo produttivo, con evidente vantaggio per la collettività. Sul tema della sicurezza d esercizio della rete, le metodologie e gli strumenti prototipali sviluppati sono finalizzati a valutare in modo più approfondito il livello di sicurezza di esercizio rispetto a possibili eventi (contingenze), per consentire di predisporre adeguate contromisure in grado di evitare il verificarsi di disservizi. Gli ambiti di utilizzo degli strumenti sviluppati sono la programmazione dell esercizio e l esercizio in linea del sistema elettrico, o anche le analisi fuori linea a supporto degli studi di sviluppo dell infrastruttura (pianificazione della rete, di nuovi sistemi di controllo o di difesa, di monitoraggio ambientale, ecc.). I destinatari principali delle attività sono i TSO ma anche altri soggetti, come i regolatori, possono essere interessati a comprendere meglio quali siano le contingenze più critiche, quali le principali vulnerabilità del sistema elettrico e i possibili rischi per l esercizio, con l obiettivo di stimolare opportune azioni da parte dei TSO stessi. Le metodologie potrebbero essere in tutto o in parte integrate in piattaforme commerciali di analisi della sicurezza in modo da renderle maggiormente fruibili. Gli studi svolti possono anche supportare i TSO, il MiSE, l Autorità, le società di generazione, i costruttori e le società di consulenza nel settore dell energia a comprendere meglio ed effettuare scelte opportune, in relazione a criticità e tecnologie emergenti (è il caso degli studi sull inerzia fornita dai sistemi di accumulo e sui carichi controllati), per individuare soluzioni efficienti a beneficio degli utenti del sistema elettrico. Facendo riferimento al tema della sicurezza delle infrastrutture idroelettriche, i concessionari di grandi dighe e le autorità di controllo possono trovare negli studi e negli strumenti sviluppati da RSE un efficace supporto alle valutazioni di sicurezza richieste con l obiettivo di garantire la protezione delle popolazioni poste a valle delle grandi dighe e di contribuire alla gestione delle situazioni di emergenza. Gli studi riguardanti la modellazione del comportamento sismico delle strutture possono costituire un importante riferimento per la definizione delle metodologie da adottare per la rivalutazione sismica delle strutture, richiesta dalla nuova proposta di normativa, e possono portare alla definizione di nuovi metodi di calcolo e nuovi criteri di valutazione per far fronte in modo rapido ed efficace ai nuovi requisiti. Gli studi sperimentali possono fornire supporto per la predisposizione del piano degli accertamenti e delle indagini per identificare le condizioni delle dighe esistenti, in accordo con il Quadro Conoscitivo previsto dalla nuova proposta di normativa. Le attività sperimentali si configurano come attività di diagnostica e di prognosi del degrado delle strutture in calcestruzzo, con particolare riferimento alla reazione alcali-aggregato, a supporto dei gestori idroelettrici, per consentire peraltro una più corretta valutazione del tempo di vita residuo delle infrastrutture elettriche e una conseguente ottimizzazione dei costi per gli interventi di ripristino. Per quanto riguarda gli aspetti idraulici, HaltFlood è un prodotto utilizzabile per lo studio della mutata probabilità di piena causata dalle variazioni climatiche e dalle variazioni dell uso del suolo sia da parte dei gestori delle dighe, come strumento per la gestione della sicurezza delle proprie opere, sia da parte delle Autorità Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 39 di 360

40 che si occupano di prevenzione dei rischi idrogeologici come strumento di previsione: un esempio in tal senso è l installazione di HaltFlood applicata giornalmente presso il Centro Funzionale della Regione Lazio per la previsione delle piene sul fiume Aniene. Nel contempo, lo strumento FloodRisk, consentendo la valutazione dell esposizione (e dell efficacia delle possibili misure di riduzione del rischio), aiuterà i gestori e le autorità nell organizzazione delle priorità degli investimenti, nella migliore comprensione delle possibilità di mitigare le conseguenze legate alle inondazioni e nella comunicazione alla popolazione del livello di rischio e delle misure da intraprendere in caso di emergenza. Infine, gli studi fluidodinamici basati sul metodo SPH rispondono alle esigenze di modellare numericamente fenomeni di inondazione con trasporto solido e materiale granulare, con riferimento alla sicurezza degli impianti idroelettrici e, in particolare, ai seguenti campi di applicazione: crolli di dighe/argini in terra, trasporto di sedimenti e di strutture solide, propagazione di inondazioni su topografie complesse 3D. Sempre sul tema della sicurezza della rete, il problema della formazione di manicotti di ghiaccio interessa tutta l Europa, con un numero annuo di nevicate di tipo wet-snow in costante aumento rispetto al numero totale delle nevicate. I danni prodotti dai manicotti di ghiaccio sul sistema elettrico nazionale superano i 200M, 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. Questo impone una maggior attenzione verso il fenomeno sia attraverso una previsione meteorologica mirata sia mediante strategie di mitigazione attiva e passiva. La previsione di WOLF è rivolta ai TSO e DSO che possono così avere valide indicazioni sulle aree del territorio e sulle infrastrutture coinvolte, focalizzando in anticipo l eventualità di interventi di rispristino di forniture elettriche e materiali. La previsione delle correnti di anti-icing può aiutare gli operatori di trasmissione ad adottare strategie di mitigazione attiva, ovvero favorire il dispacciamento veicolando, ove questo sia possibile, i flussi di energia verso le aree maggiormente a rischio black-out al fine di mantenere le linee snowfree. Da un confronto con le squadre operative di TERNA è emerso che una buona previsione degli accumuli nevosi può consentire di raggiungere in modo più rapido aree del territorio soggette a rischio. Il test di nuovi conduttori idrofobici, che sarà effettuato per TERNA presso la stazione di Vinadio, è diretto anch esso verso la mitigazione del rischio. Il confronto, anche qualitativo, di materiali di tipo diverso nelle medesime condizioni ambientali costituisce un banco di prova importante per una selezione di materiali da impiegare nelle aree maggiormente a rischio. Questi aspetti, importanti per gli operatori del settore elettrico, si traducono in vantaggi anche per l utenza che vedrebbe ridurre il numero e la durata dei disservizi causati dalle nevicate umide. I soggetti direttamente o indirettamente coinvolti nella pianificazione di nuove interconnessioni potranno avvalersi degli strumenti sviluppati nell ambito del presente progetto. In particolare, il toolbox del progetto europeo e-highway2050, che sarà reso disponibile in formato open source, permetterà a chiunque di testare la metodologia di analisi costi-benefici del progetto. Il toolbox permetterà anche, all interno del progetto stesso, di svolgere agevolmente le analisi di scenario al 2050 e di determinare il Modular Plan all anno target. Il simulatore del mercato del bilanciamento transnazionale, realizzato in sinergia con il progetto europeo ebadge, permetterà un analisi dei vantaggi economici che potrebbero derivare per il sistema Italia dalla messa in comune delle risorse per il bilanciamento del sistema. I tool MTSIM+ e REMARK+ sviluppati in ambito Ricerca di Sistema renderanno disponibili dei simulatori moderni ed affidabili per l analisi di sistemi caratterizzati da forte penetrazione di fonti di generazione non programmabili e dalla presenza di elementi di accumulo. Le analisi di scenario pan-europee e nazionali svolte dal progetto europeo GridTech permetteranno di maturare una maggiore consapevolezza sulle potenzialità di integrazione nella rete di nuove tecnologie e sistemi di storage di grandi dimensioni. Oltre agli aspetti tecnici e a carattere regolatorio, gli studi svolti da RSE toccano aspetti cruciali per realizzare un armonico sviluppo della pianificazione della trasmissione in quanto tengono conto degli aspetti ambientali e sociali, così da conseguire consenso da parte dell opinione pubblica grazie a una puntuale informazione su costi e benefici e un incentivazione di chi è preposto a effettuare tale sviluppo in modo efficiente. L intero Paese potrebbe trarne ritorno in termini di un minore costo per l approvvigionamento energetico. Per raggiungere tali obiettivi è però necessario riuscire a dimostrare l utilità delle nuove infrastrutture, informare e coinvolgere il pubblico e i principali portatori di interesse nelle problematiche che rendono importante lo sviluppo della rete di trasmissione. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 40 di 360

41 PIANIFICAZIONE ANNUALE DELLE ATTIVITA Obiettivi, attività e prodotti per l annualità 2014 Linea 1 - Scenari elettrici e clima Descrizione dell attività dell annualità 2014 Nell ambito dell attività di monitoraggio della concentrazione dei gas serra (CO 2, CH 4 e O 3 ), la stazione del Plateau Rosa proseguirà la sua attività operativa di misurazione, elaborazione e analisi dei dati. I risultati ottenuti, nei formati specifici ed elaborati secondo le richieste puntuali dei principali stakeholder, saranno inviati da RSE alla Banca Dati Internazionale WDCGG (World Data Centre for Greenhouse Gases), all Università della Tuscia (nell ambito del progetto europeo InGOS in qualità di sottocontraente), al CNR-ISAC (nell ambito del progetto nazionale NEXTDATA in qualità di sottocontraente) e all ARPA Valle d Aosta. E prevista almeno una campagna d interconfronto tra i vari laboratori della rete mondiale: quella denominata WMORR6 (World Meteorological Organization Round Robin 6) e/o la consueta Cucumber Intercomparicon gestita dal MPIB (Max Planck Institute for Biogeochemistry) cui RSE, con il Laboratorio di Plateau Rosa, sarà coinvolta, molto probabilmente, nei mesi di Ottobre Gennaio Proseguirà la collaborazione con le restanti stazioni di misura nazionali (Lampedusa dell ENEA e Monte Cimone dell Aeronautica Militare) e con l Università di Torino per la parte interpretativa e di analisi dei risultati. Si provvederà all aggiornamento del sito web OASi dove sono disponibili le misure di Plateau Rosa. Nell ambito delle attività sui CC, dapprima saranno verificate le performance dei modelli ENSEMBLES (http://www.ensembles-eu.org), facendo riferimento ai dati opportunamente estratti dall archivio internazionale E-OBS (http://eca.knmi.nl/dailydata); saranno quindi considerate le variazioni attese nelle prossime decadi per i valori medi delle variabili di interesse e per gli eventi estremi. In particolare saranno caratterizzate le situazioni in cui si verificano episodi di vento intenso e di formazione di ghiaccio a cui sono associati i guasti delle linee aeree (dati forniti dal sistema WOLF); precipitazioni intense sul territorio; eventi con T< -10 C, che possono causare problemi alle apparecchiature di stazione; eventi siccitosi; eventi con temperature elevate, che rappresentano situazioni critiche per il sistema in quanto causano condizioni di ridotta capacità di generazione, in concomitanza ad un aumento della domanda per il raffrescamento. Risultati e grado di realizzazione del prodotto triennale Prodotto triennale Misurazione e interpretazione dei dati della concentrazione dei gas-serra; confronto con i dati forniti da altre stazioni di misura nazionali ed europee. Aggiornamento sito web OASi (Osservazioni Ambientali e Sistema Elettrico). Analisi dell evoluzione dei parametri climatici per la definizione di scenari energetici e la valutazione dell impatto dei cambiamenti climatici sul sistema. Sviluppo del sito CLIMED per la visualizzazione di scenari futuri dei cambiamenti climatici, attesi nelle Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2013 Aggiornamento delle misure eseguite nel corso dell anno; invio dati al WDCGG. Mantenimento e aggiornamento del sito web OASi. Aggiornamento delle stime ed estensione dello studio a nuove variabili meteorologiche. Mantenimento e aggiornamento del sito web CLIMED. Attività previste nel PAR 2014 Aggiornamento delle misure eseguite nel corso dell anno; invio dati al WDCGG. Relazione finale sui 25 anni di attività svolta. Mantenimento e aggiornamento del sito web OASi. Analisi dei cambiamenti climatici per individuare le situazioni più critiche per il sistema energetico nazionale. Mantenimento e aggiornamento del sito web CLIMED. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 41 di 360

42 Prodotto triennale prossime decadi, distintamente per le diverse regioni italiane. Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2013 Attività previste nel PAR 2014 Principali collaborazioni scientifiche Università / Consulente Oggetto Eventuali note integrative sul contributo della collaborazione al raggiungimento degli obiettivi di progetto Università degli Studi di Torino Dipartimento di Fisica ENEA, AM, CNR-ISAC, Univ. Urbino e JRC TERNA Articoli scientifici e tesi di laurea in corso. Organizzazione delle misure di intercomparazione in ambito nazionale. Accordo di collaborazione per lo studio dell impatto dei cambiamenti climatici sul sistema energetico italiano. Durata delle attività: Marzo 2014 Febbraio Linea 2 - Scenari dei sistemi elettro-energetici e impatto dello sviluppo delle fonti rinnovabili Descrizione dell attività dell annualità 2014 In questa linea si svilupperanno diversi studi di scenario sia per l analisi di particolari elementi o novità dei sistemi elettrico ed energetico nazionale sia con obiettivi più generali. In particolare, lo scenario del sistema energetico nazionale al 2050, comprendente gli obiettivi previsti dalla Strategia Energetica Nazionale, che è stato sviluppato nel precedente anno di ricerca utilizzando il modello multiregionale del sistema energetico italiano MONET, sarà aggiornato e migliorato e costituirà lo scenario di Riferimento. A partire da questo scenario si costruirà uno scenario di Policy che integra ulteriori azioni specifiche finalizzate al contenimento delle emissioni di CO 2 al 2030 al fine di analizzare i possibili effetti sul sistema dei nuovi obiettivi del pacchetto europeo Clima Energia 2030, in via di definizione. Tali studi saranno condotti (anche in collaborazione con ENEA) per fornire un supporto diretto al Governo Italiano: in particolare, ci si focalizzerà sui risultati relativi al sistema elettrico all anno 2030 e si procederà ad effettuare simulazioni dell esercizio del sistema mediante il simulatore smtsim. I risultati di tali simulazioni consentiranno di quantificare le principali criticità che caratterizzano gli scenari considerati, individuare gli interventi per porvi rimedio e simularne l effetto al fine di valutarne l efficacia. Lo studio includerà valutazioni sugli investimenti da mettere in atto, anche a livello infrastrutturale, sulle incentivazioni necessarie e quindi sulle relative ripercussioni sul costo dell energia elettrica. Tra gli interventi necessari a far fronte alla crescente penetrazione di fonti rinnovabili, soprattutto non programmabili, vi è l installazione di sistemi di accumulo, che spazia da sistemi centralizzati di grossa taglia, quali gli impianti idroelettrici di pompaggio, a sistemi distribuiti di taglia più piccola, quali gli accumulatori elettrochimici. A tale riguardo, si prenderanno in considerazione diverse applicazioni dei sistemi di accumulo, Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 42 di 360

43 per le quali si effettueranno simulazioni dell esercizio dei sistemi di accumulo stessi finalizzate a valutarne i benefici ottenibili, da porre a confronto con i relativi costi. Saranno effettuati nuovi studi di scenario per valutare le criticità che potranno determinarsi a causa dei cambiamenti climatici sul sistema elettrico, sia rispetto al nuovo scenario di riferimento, sia rispetto al nuovo scenario di policy che potrebbe presentare maggiori criticità nel dispacciamento e nella sicurezza della fornitura, soprattutto a causa della maggior presenza delle fonti rinnovabili non programmabili. Sarà aggiornato lo scenario di domanda elettrica nazionale (al 2050) tenendo conto dei nuovi consuntivi di TERNA sui consumi, delle previsioni più recenti sull andamento sia del PIL sia delle singole domande di servizio energetico e aggiornando la previsione dell andamento demografico rispetto alle ultime stime ISTAT. Si procederà allo sviluppo del modello ed all effettuazione di simulazioni per il market coupling al 2020 su una regione comprendente, in prima battuta, Italia, Francia, Germania, Svizzera, Austria e Slovenia. In seguito, si intende estendere la regione europea modellata includendo, ad esempio, anche la penisola Iberica. Questi studi manterranno il proprio focus sul sistema elettrico nazionale, allo scopo di valutare l impatto in termini di variazione delle importazioni e dei prezzi zonali italiani, ma anche analizzando come il mercato integrato potrà impattare sulle criticità del sistema elettrico nazionale (sovracapacità e difficoltà nel dispacciamento) e come decisioni di politica energetica operati dai Paesi vicini possano ripercuotersi sul nostro Paese: ad esempio l uscita anticipata dal nucleare o la riduzione della produzione a carbone. Una parte dell attività sarà necessariamente dedicata alla manutenzione, l aggiornamento e il continuo sviluppo del modello energetico (MONET) e del simulatore di mercato elettrico (smtsim), prodotti nei precedenti anni della Ricerca di Sistema. Per il modello energetico MONET sono attesi alcuni miglioramenti della rappresentazione del settore trasporti, una nuova modellazione delle tecnologie per alcuni settori industriali, l aggiornamento della modellazione dei consumi degli edifici a seguito anche dei risultati delle attività del progetto di Ricerca di Sistema Risparmio di energia elettrica nei settori: civile, industria e servizi ottenuti nel PAR Per il simulatore smtsim proseguirà l attività pluriennale di sviluppo di nuovi algoritmi per lo Unit Commitment, ma si procederà anche all aggiunta di nuove funzionalità per la simulazione del mercato dei servizi di dispacciamento. Per quanto riguarda il tema della stima della produzione fotovoltaica, la banca dati di radiazione solare da satellite, RADSAF, verrà integrata con i dati dell intero Ciò consentirà di estendere il range temporale di applicazione della metodologia di profilazione oraria dei dati di produzione fotovoltaica sviluppata negli anni precedenti. Contemporaneamente, proseguirà la gestione della stazione di misura della radiazione solare RSE di Milano, in particolare, i dati di copertura nuvolosa, acquisiti dalla skycam installata nel corso del precedente anno, saranno integrati nel database delle misure acquisite, al fine di confrontarli con la copertura rilevata dal satellite. Inoltre, verranno definite le specifiche per lo sviluppo di un sito web per la disseminazione dei dati di radiazione solare da satellite; successivamente si procederà allo sviluppo di un prototipo del sito. Risultati e grado di realizzazione del prodotto triennale Prodotto triennale Studio di scenari del sistema elettroenergetico nazionale. Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2013 Sviluppo di uno scenario allineato agli obiettivi PAN e agli obiettivi SEN (anche con riferimento agli scenari di WEO 2012). Scenario di analisi dell impatto dei cambiamenti climatici sullo scenario SEN. Aggiornamento dello scenario di sviluppo della domanda elettrica. Attività previste nel PAR 2014 Aggiornamento e affinamento dello scenario 2050 con obiettivi SEN (scenario di riferimento 2014). Sviluppo di uno scenario di policy per la valutazione dell impatto sul sistema energetico dei nuovi target del pacchetto Clima-Energia al 2030 per l Italia. Scenario di analisi dell impatto dei cambiamenti climatici sul nuovo scenario di riferimento e soprattutto sullo scenario di policy. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 43 di 360

44 Prodotto triennale Aggiornamento degli scenari di lungo termine per la domanda elettrica nazionale. Studi di scenario relativi all impatto dello sviluppo delle fonti rinnovabili non programmabili sull esercizio del sistema elettrico e sul mercato elettrico nazionale. Studi per il market coupling Sviluppo e aggiornamento dei modelli energetici ed elettrici MONET e smtsim Metodologie di stima della produzione solare. Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2013 Aggiornamento dello scenario con consuntivi 2012, nuove previsioni del PIL della e popolazione. Analisi di impatto sull esercizio del sistema elettrico nazionale e sul mercato elettrico di diversi scenari di sviluppo delle fonti rinnovabili all anno Valutazione economica, mediante simulazione, dell accoppiamento di parchi eolici con sistemi di accumulo per la riduzione degli sbilanciamenti. Aggiornamento dei modelli ai dati di consuntivo più aggiornati disponibili. Estensione delle funzionalità del simulatore di mercato smtsim (distacco selettivo delle fonti rinnovabili non programmabili, valutazione degli investimenti di rete). Aggiornamento della banca dati RADSAF di radiazione solare da dati da satellite sul territorio nazionale. Attività previste nel PAR 2014 Aggiornamento dello scenario di sviluppo della domanda elettrica. Valutazione, mediante simulazione dell esercizio del sistema elettrico nazionale al 2030, delle criticità e dei relativi rimedi conseguenti all implementazione dello scenario di policy. Valutazioni sugli investimenti da mettere in atto, anche a livello infrastrutturale, sulle incentivazioni necessarie e quindi sulle relative ripercussioni sul costo dell energia elettrica. Simulazioni dell esercizio di sistemi di accumulo elettrochimici in diverse applicazioni e conseguenti analisi costi / benefici. Sviluppo modello e simulazioni per il market coupling al 2020 comprendente Italia, Francia, Germania, Svizzera, Austria, e Slovenia. Studio aggiuntivo sul mercato elettrico iberico con estensione del modello di simulazione per il market coupling al 2020 a Spagna e Portogallo. Aggiornamento del modello MONET, miglioramenti sulla modellazione dei settori trasporti e industria. Nuova modellazione dei consumi degli edifici basata sui risultati del progetto RdS Risparmio di energia elettrica nei settori: civile, industria e servizi PAR Estensione delle funzionalità del simulatore smtsim finalizzata ad una migliore modellazione dei servizi oggetto di contrattazione su MSD, nuovo algoritmo di Unit Commitment. Aggiornamento della banca dati RADSAF di radiazione solare. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 44 di 360

45 Principali collaborazioni scientifiche Università / Consulente Oggetto Eventuali note integrative sul contributo della collaborazione al raggiungimento degli obiettivi di progetto Università degli Studi di Milano Università di Pavia Sviluppo nuovi algoritmi Unit Commitment per il simulatore di mercato e applicazioni al mercato elettrico europeo. Studio del mercato elettrico iberico e simulazione al 2020 anche in contesto di market coupling. Primo anno di dottorato. Tesi di Laurea Triennale Durata delle attività: Marzo 2014 Febbraio Linea 3 - La flessibilità del parco di generazione Descrizione dell attività dell annualità 2014 Nel corso delle attività sperimentali svolte nel precedente PAR, è stato caratterizzato un materiale per rotore di turbina a vapore mediante prove di fatica oligociclica (LCF, Low Cycle Fatigue) con hold time, ovvero in ogni ciclo è stata mantenuta per un determinato tempo la condizione di massima sollecitazione, in termini di deformazione imposta. Per l anno in corso è previsto un confronto dei risultati ottenuti con analoghi test di LCF semplici, ovvero senza hold-time, svolti sul medesimo materiale preventivamente invecchiato ad alta temperatura in condizione di scorrimento viscoso (creep). L attività consentirà di valutare se la combinazione del creep con prove LCF senza hold time consenta di ottenere risultati comparabili con quelli delle più costose prove LCF con hold-time. In parallelo alle attività sperimentali, proseguiranno le simulazioni numeriche, basate sul Metodo degli Elementi Finiti (FEM), di un rotore di turbina a vapore da 320 MWe, sviluppato nell ambiente multifisico del codice COMSOL. Nel modello a EF del rotore sarà incluso il calcolo degli sforzi termomeccanici in campo elastoplastico per procedere a una valutazione del consumo di vita del materiale del rotore dovuto agli sforzi che si generano in un transitorio di avviamento della turbina. Per la flessibilizzazione degli impianti termoelettrici i vari operatori propongono diversi interventi di aggiornamento, riguardanti sia il dimensionamento e la disposizione di macchinario e tubazioni sia le modalità di gestione dei transitori operativi. Effettuata una opportuna selezione fra gli interventi proposti (p.es. imbottigliamento caldaia, avviamento disaccoppiato di turbina a gas e turbina a vapore), sulla base delle regole del Mercato dei Servizi di Dispacciamento (MSD) in vigore, si procederà a un analisi, mediante simulazione, delle caratteristiche dinamiche dell impianto a seguito delle modifiche proposte per la flessibilizzazione e a una stima della redditività delle modifiche, nell ipotesi di operare nel MSD con le regole di mercato vigenti. La selezione degli interventi campione su cui effettuare l analisi, così come l impianto di riferimento per le simulazioni, sarà effettuata con il supporto di uno degli operatori nel mercato elettrico italiano. Queste valutazioni tecnico economiche sono complementari alle attività di supporto tecnico richieste dall AEEGSI in merito ai gradienti di variazione di carico (GRAD) e i Tempi minimi di Permanenza in Servizio (TPS). In fase preliminare, riguardo ai fattori che potrebbero influenzare tali parametri, saranno raccolti i dati disponibili o in letteratura o presso i produttori stessi. La necessità di modulare la produzione di energia elettrica in funzione del fabbisogno istantaneo impone alle macchine di generazione quali i turbogas la necessità di operare in regime variabile. La conoscenza della TIT consente di gestire al meglio l uso flessibile della macchina e di ottimizzarne il rendimento. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 45 di 360

46 Avendo dato esiti positivi lo scorso anno lo studio di fattibilità del sistema prototipale, sviluppato da RSE, si procederà ad individuare le migliorie atte a rendere il sistema utilizzabile per il monitoraggio della TIT in campo. In particolare, per rendere il sistema in grado di fornire la TIT assoluta a differenti distanze dalla parete di fondo del combustore, saranno effettuate prove di validazione in laboratorio e, in base alla disponibilità, test presso la stazione di prova combustori di Sesta. Gli impianti termoelettrici a carbone sono attualmente utilizzati per fornire la base costante di produzione di energia cui, a seconda delle richieste di fornitura, si aggiunge la produzione di rinnovabili e di cicli combinati o turbogas. Questo impone che venga garantita la disponibilità degli impianti, utilizzando tutti gli strumenti adatti per minimizzare i periodi di fermo e la frequenza di guasto. Il controllo del carbone in ingresso ai mulini permette di ricavare dati utili per impedire o ridurre al minimo la formazione di depositi di ceneri fuse sugli scambiatori di calore e quindi il fermo impianto per la loro rimozione. Nel corso del presente PAR, applicando la tecnica LIBS, si effettueranno prove sul sistema di circolazione del carbone in laboratorio e la realizzazione di un prototipo per uso in campo. Se nell ambito dell accordo di collaborazione con ENEL Ingegneria e Ricerca di Pisa sarà reso disponibile un sito per l installazione presso una centrale termoelettrica, il prototipo sarà installato su impianto e saranno eseguite prove su nastro trasportatore. I dati della composizione elementale del carbone ottenuti con le prove sul prototipo in laboratorio o in campo saranno analizzati e confrontati con i dati del laboratorio analisi di ENEL per validare gli algoritmi sviluppati. Risultati e grado di realizzazione del prodotto triennale Prodotto triennale Modello a EF nell ambiente di simulazione multifisica Comsol per l analisi termomeccanica dinamica del rotore di una turbina a vapore da 320 MWe. Sviluppo di metodologie di analisi del segnale infrarosso per la determinazione della Temperatura di Ingresso Turbina e utilizzo di un prototipo dello strumento per prove su test rig. Metodologie di analisi degli spettri LIBS per la caratterizzazione di carbone di centrali termoelettriche. Sviluppo e prova di un prototipo del sistema. Prove su impianto ed analisi dei risultati. Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2013 Estensione del modello a EF del rotore di turbina a vapore per l analisi termomeccanica di un transitorio termico. Sviluppo di un software per l analisi dei dati e il calcolo della temperatura del gas; installazione della sonda ottica su un nuovo combustore ed effettuazione misure per caratterizzare la tecnica di misura della TIT. Prove di caratterizzazione della tecnica LIBS per valutare la dipendenza e la stabilità dei risultati; sviluppo di un software per l acquisizione dei dati e di un prototipo per effettuare le misure su impianto. Attività previste nel PAR 2014 Inserimento nel modello a EF di legami costitutivi non lineari per descrivere il comportamento meccanico a fatica del rotore. Miglioramenti del sistema prototipale per ottenere la misura assoluta della TIT e prove di validazione. Prove in laboratorio sul sistema prototipale di circolazione del carbone e realizzazione di un prototipo per uso in campo. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 46 di 360

47 Principali collaborazioni scientifiche Università / Consulente Università degli Studi di Milano, Dipartimento di Fisica Enel Ingegneria Pisa Oggetto Contratto di ricerca per lo sviluppo di algoritmi per l analisi di spettri LIBS Accordo di collaborazione per lo sviluppo e la verifica su impianto a carbone di uno strumento basato su tecnica LIBS Eventuali note integrative sul contributo della collaborazione al raggiungimento degli obiettivi di progetto Durata delle attività Marzo 2014 Febbraio Linea 4 - Sicurezza del sistema elettrico italiano, includendo l analisi delle reti di trasporto in corrente continua Descrizione dell attività dell annualità 2014 La metodologia di valutazione del rischio di esercizio del sistema elettrico, basata su modelli di minacce e vulnerabilità, aspetti ICT e fenomeni di cascading, sarà estesa per considerare i fenomeni dinamici innescati dalle contingenze. A tal fine saranno anzitutto esaminate le tempistiche di rimozione dei guasti da parte delle protezioni primarie e di backup: ciò porterà alla definizione di set di contingenze singole e multiple dipendenti, caratterizzate da diverse sequenze di intervento, a ciascuna delle quali corrisponde una specifica probabilità di occorrenza. L integrazione di un simulatore dinamico nel prototipo ISAP+ consentirà di valutare l impatto delle contingenze in termini di stabilità di angolo e di tensione, tramite opportune metriche. Dalla combinazione delle probabilità di occorrenza con le metriche dell impatto si definiranno indici di rischio dinamico per ciascuna contingenza. Le attività prevedono quindi l applicazione sistematica del prototipo di valutazione del rischio, esteso come sopra descritto, a una rete realistica di dimensioni contenute, al fine di discutere i contributi al rischio dovuti alle diverse minacce, vulnerabilità dei componenti e contingenze. Nel precedente PAR è stata definita una metodologia generale per la valutazione della sicurezza dinamica di grandi sistemi elettrici, con l obiettivo di effettuare analisi di sicurezza N-1 in linea considerando le incertezze associate agli orizzonti previsionali prossimi. L approccio è complementare rispetto a quello richiamato sopra 13. La metodologia è in fase di messa a punto e implementazione prototipale in un toolbox basato su architetture software avanzate (parallel computing realizzato su sistemi di High Performance Computing, HPC). Saranno presentati gli sviluppi del toolbox per la valutazione di sicurezza, in particolare relativamente al modulo Monte Carlo Like Approach (MCLA) introdotto nel precedente PAR. La metodologia probabilistica di valutazione della Net Transfer Capacity (NTC) fra aree di rete, proposta nel precedente PAR e finalizzata a tenere conto in modo più accurato, rispetto ai metodi attuali, delle incertezze previsionali sulla generazione rinnovabile non programmabile e sul carico, sarà modificata per gestire adeguatamente le distribuzioni di probabilità multimodali che possono presentarsi, e testata in modo sistematico sulla rete test già adottata nel precedente PAR. 13 Il precedente studio, infatti, approfondisce l individuazione probabilistica delle contingenze singole e multiple a partire dai modelli delle cause (minacce e vulnerabilità), gli aspetti ICT, il cascading, e definisce indici di rischio; questo, invece, è focalizzato sui requisiti temporali dell analisi in linea, mentre si limita alla trattazione delle contingenze N-1. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 47 di 360

48 Le problematiche di sicurezza di esercizio, poste dalla penetrazione di fonti energetiche rinnovabili non programmabili (FRNP), sono state affrontate nei precedenti periodi PAR. Fra l altro sono stati sviluppati metodi per valutare la massima generazione eolica e fotovoltaica ammissibile, rispetto ai requisiti di riserva di regolazione di frequenza in isole elettriche poco interconnesse, e si è valutato l incremento di potenza da FRNP che si può conseguire mediante l introduzione di nuove soluzioni di controllo, strategie di esercizio o interventi di pianificazione. Sono state svolte inoltre valutazioni tecnico-economiche circa l erogazione del servizio di regolazione primaria di frequenza da parte di Sistemi di Accumulo (SdA) elettrochimico. Una criticità emergente di esercizio riguarda la carenza di inerzia nel sistema 14. Nel presente PAR si effettueranno valutazioni quantitative delle relazioni fra l inerzia e i valori di picco dei transitori di frequenza. Ciò permetterà di validare le valutazioni analitiche linearizzate rispetto ai risultati delle simulazioni non lineari nel dominio del tempo. L impatto della penetrazione di generazione rinnovabile non programmabile sulla risposta transitoria di frequenza del sistema elettrico sarà evidenziato confrontando gli esiti di una stessa perturbazione in scenari caratterizzati rispettivamente da sola generazione convenzionale e da elevata quota di FRNP. Sarà analizzato il contributo di sistemi di accumulo elettrochimico, caratterizzati da differenti prestazioni di regolazione, controllati in modo da fornire una risposta inerziale, con l obiettivo di valutare l adeguatezza di soluzioni di questo tipo a supporto della stabilità di frequenza. Le analisi saranno svolte su un modello del sistema elettrico della Sardegna. Per fronteggiare il problema di riduzione dell inerzia e dei margini di riserva primaria è sempre più spesso invocata la soluzione, di tipo smart grid, di introdurre, nei carichi elettrici di tipo termico, un controllo sensibile alla frequenza, in modo che gli apparati così controllati possano contribuire alla stabilità del sistema in caso di perturbazioni di frequenza. Occorre tuttavia studiare come tale soluzione modifichi l intervento delle successive regolazioni di frequenza. Nel PAR precedente è stato messo a punto un ambiente di simulazione dinamica del sistema elettrico, che contempla una quota di carichi elettrici di tipo termico, di natura stocastica, asserviti al controllo primario della frequenza. Nel PAR attuale, l impatto di questi controlli sarà caratterizzato in modo approfondito mediante applicazioni dell ambiente di simulazione stocastica a uno scenario plausibile futuro del sistema elettrico sardo. Con riferimento alla sicurezza delle infrastrutture idroelettriche, caratterizzate da uno scenario di progressivo invecchiamento e degrado strutturale, le attività sono orientate verso problematiche di gestione del rischio e mantenimento in sicurezza ed efficienza dell attuale patrimonio di infrastrutture. Saranno affrontate diverse tematiche: l individuazione delle metodologie più adeguate per una efficiente valutazione della sicurezza sismica degli sbarramenti di ritenuta, la valutazione della capacità residua di assorbimento di alcali da parte dei cementi pozzolanici completamente idratati, l attività di benchmarking dello strumento software Haltflood per la previsione dei deflussi e la gestione in sicurezza delle dighe, l ulteriore sviluppo dello strumento FloodRisk per la valutazione delle conseguenze, la modellazione fluidodinamica computazionale SPH per la rappresentazione di inondazioni (di origine naturale o antropica) con trasporto di strutture solide e di flussi granulari (p.es. crolli in dighe in terra, trasporto di sedimenti, frane). La valutazione della sicurezza sismica delle dighe in calcestruzzo si basa sui risultati di analisi numeriche effettuate con modelli matematici. È necessario che i metodi e i modelli impiegati siano in grado di riprodurre accuratamente il comportamento e le modalità di rottura della struttura soggetta alla combinazione dei carichi di esercizio con i carichi eccezionali dovuti agli eventi sismici. Saranno esaminate diverse possibili metodologie utilizzabili per la valutazione delle prestazioni simiche delle dighe, con particolare riguardo alla modalità di rappresentazione del carico sismico: approcci più radicati e sperimentati saranno confrontati con possibili alternative apparse recentemente nella letteratura scientifica. A tale scopo saranno effettuate analisi di transitorio dinamico simulando l azione sismica per mezzo di storie temporali di accelerazione, che possono rappresentare 14 Questo problema è dovuto alla riduzione del numero di macchine sincrone in esercizio, spiazzate dalla generazione di FRNP a causa della priorità di dispacciamento assegnato a questo tipo di impianti. I generatori FRNP sono basati su tipologie di macchine elettriche che non presentano risposta inerziale. L inerzia ha l effetto, positivo per la stabilità, di contenere le deviazioni di frequenza negli istanti critici immediatamente successivi a un disturbo, prima dell intervento della regolazione primaria. Un valore troppo basso di inerzia può far sì che una contingenza diventi critica, con possibile perdita di carico. L inerzia, inoltre, stabilizza il sistema rispetto alle piccole oscillazioni. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 48 di 360

49 sismi reali piuttosto che eccitazioni sismiche equivalenti, queste ultime costituite da storie di accelerazione crescenti nel tempo secondo la più recente proposta dell Endurance Time Analysis (ETA): i risultati saranno inoltre confrontati con quelli forniti dal classico metodo dello spettro di risposta. Lo studio sarà finalizzato a verificare il livello di omogeneità dei risultati ottenibili con i diversi approcci, nonché a confrontarli dal punto di vista del costo (sia computazionale, sia umano) richiesto dalla loro applicazione. La valutazione della capacità residua di assorbimento di alcali (sodio e potassio) da parte dei cementi pozzolanici completamente idratati è di grande importanza per la valutazione del comportamento delle dighe italiane in calcestruzzo nei confronti del rischio di reazione alcali-aggregato a lungo termine, indotto dal lento rilascio di alcali da parte degli aggregati. Ciò, infatti, consentirebbe di quantificare l efficacia dei cementi pozzolanici nel minimizzare il rischio di reazione alcali-aggregato e nel ridurre gli effetti di invecchiamento delle dighe associati a questa reazione. Nella prima fase della ricerca è stato messo a punto un metodo di prova accelerato di assorbimento/rilascio dei metalli alcalini (sodio e potassio) che è risultato idoneo per la valutazione di questa capacità residua. La sperimentazione sinora condotta, limitata a un ristretto intervallo di concentrazioni di alcali (NaOH o KOH) nelle soluzioni poste a contatto con le matrici cementizie, ha consentito di evidenziare una capacità residua di assorbimento di sodio. Per questo, nell ottica di completare l indagine e raggiungere gli obiettivi della ricerca, il prosieguo dell attività prevede l estensione della sperimentazione a un più ampio intervallo di concentrazioni di alcali, in particolare di KOH, interessando anche concentrazioni superiori, in termini di potassio, alla concentrazione di questa specie nel liquido dei pori delle matrici cementizie. La previsione in tempo reale delle piene a monte delle dighe è un importante strumento per la gestione della sicurezza dell opera e per l attivazione dei piani di emergenza. ENEL - Ingegneria e Ricerca di Brindisi, interessata a sperimentare lo strumento Haltflood, ha offerto la possibilità di effettuare un benchmark su un impianto reale fra HaltFlood e un software commerciale: per questo motivo è prevista un attività di collaborazione con ENEL-Ricerca nell applicazione di HaltFlood al sito in oggetto allo scopo di acquisire utili indicazioni sulle prestazioni ottenibili e sul confronto con altri modelli. Al fine di facilitare l uso e la diffusione di HaltFlood presso utenti terzi si prevede anche lo sviluppo di strumenti di supporto all implementazione e alla calibrazione del modello idrologico incluso nello strumento. Sarà completato lo sviluppo dello strumento per la valutazione dell esposizione a seguito di un rilascio incontrollato d acqua conseguente il potenziale collasso di una diga in termini di danno economico e di perdita di vite umane. Lo strumento software operante in ambiente GIS open-source, consente, in un unico ambiente informatico, l elaborazione di informazioni territoriali e socio-economiche, l integrazione dei risultati di modelli idraulici per la definizione delle aree inondabili e l impiego di metodologie per la stima delle conseguenze in termini di perdita di vite e di danno economico. Gli sviluppi riguarderanno: il miglioramento delle interfacce utente sia per l inserimento dei dati, sia per la verifica delle metodologie in uso; l approfondimento e l affinamento delle metodologie scelte per la valutazione sia dei decessi sia delle perdite economiche; l approfondimento dei dati disponibili per le analisi e l adeguamento del software a dati con diverso livello di approfondimento. La modellazione numerica fluidodinamica delle inondazioni riveste un ruolo di rilievo nella caratterizzazione della sicurezza di impianti e infrastrutture del sistema energetico, anche in termini di affidabilità nella continuità dell esercizio degli impianti di produzione e stoccaggio di energia. In questo ambito, i modelli Smoothed Particle Hydrodynamics (SPH) rappresentano validi strumenti numerici di ricerca, particolarmente adatti alla rappresentazione di flussi a superficie libera e multi-fase, come quelli che caratterizzano la dinamica delle inondazioni. In questo contesto, le attività SPH riguarderanno principalmente gli sviluppi numerici, le validazioni e le applicazioni inerenti: la modellazione SPH 3D di flussi granulari per inondazioni con trasporto solido di fondo, dighe in terra o argini, dam break erosivi, frane, rimozione sedimenti in bacini idrici, con rappresentazione delle forze di resistenza sul fondo e degli sforzi viscosi; la modellazione SPH 3D di inondazioni con trasporto simultaneo di corpi solidi e materiale granulare mediante soluzioni modellistiche integrate. Per quanto riguarda il tema della formazione di manicotti di ghiaccio sui conduttori della rete elettrica, durante il presente PAR il sistema WOLF sarà utilizzato in modalità previsionale e continuerà ad essere gestito il sito web di diffusione delle previsioni di sovraccarico da manicotti di ghiaccio. A partire dal mese di ottobre le uscite Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 49 di 360

50 giornaliere alimenteranno il sito web-gis dedicato alla fruizione da parte degli stakeholder che gestiscono la rete elettrica. Nel contempo saranno effettuate verifiche modellistiche sul campo termico previsto dal modello meteorologico ad alta risoluzione, che appare discontinuo e impreciso nelle zone complesse dal punto di vista orografico. Il problema si manifesta principalmente nelle ore notturne ed è probabilmente legato all emissione in onda lunga in condizioni di cielo sereno. Una prima ipotesi di miglioramento è quella di utilizzare nella finestra notturna la temperatura alla prima quota del modello anziché la temperatura al suolo, troppo influenzata dalle caratteristiche di rugosità e tipologia del suolo. A supporto delle diverse attività di validazione e di calibrazione ci saranno le misure provenienti dalla stazione WILD di Vinadio che costituiscono il data set di validazione denominato ICE-DB. Con i dati e le immagini riprese in campo ad alta frequenza verrà ottimizzato anche il modello di crescita di manicotto in condizioni di wet snow mediante la validazione di una soglia di innesco dell accrescimento basato sul flusso di precipitazione incidente e sulla durata minima dell evento nevoso. Verrà valutata anche la parametrizzazione della densità del manicotto all interno del modello di accrescimento attraverso le misure sperimentali. Sul tema della mitigazione del fenomeno mediante i dati sperimentali acquisiti a Vinadio sarà possibile verificare se il prototipo utilizzato per l anti-icing attivo è in grado di riprodurre i risultati delle equazioni di bilancio termico utilizzate per il calcolo delle temperature di conduttore proposte da Shurig e Frick e CIGRE CT22/WG12. In caso di esito positivo, si proverà a introdurre nel bilancio termico la componente di perdita per conduzione dovuta all asportazione di calore durante la nevicata, in quanto queste relazioni non tengono conto dell intensità di precipitazione. Le correnti di anti-icing potranno perciò essere ricalcolate in funzione del flusso di precipitazione. Le correnti previste da WOLF sono attualmente calcolate sulla base delle condizioni meteorologiche previste per mantenere la temperatura superficiale di conduttore a 2 C. Dalla sperimentazione del precedente PAR si è osservato che tale soglia è particolarmente conservativa e quindi dispendiosa dal punto di vista energetico. Si prevede pertanto l avvio presso WILD di una sperimentazione di anti-icing multistadio con set point di temperatura superficiale di 1.5 e 1 C per ottimizzare le correnti previste da WOLF. A tale scopo sarà predisposto un nuovo circuito in bassa tensione in grado di pilotare un conduttore ACSR 31.5mm con livelli di potenza diversi e più bassi dell anti-icing di riferimento. Sempre con l obiettivo della mitigazione, WILD ospiterà anche la sperimentazione di nuovi conduttori con rivestimenti di tipo idrofobico e icefobico che TERNA metterà a disposizione di RSE. Verranno realizzate per lo scopo alcune campate sperimentali da affiancare a quelle tradizionali già esistenti per confronti di tipo qualitativo, e se sarà possibile anche quantitativo, nelle medesime condizioni ambientali. Sempre con TERNA sarà esplorata la possibilità di installare un secondo punto di monitoraggio dei fenomeni nevosi nelle zone maggiormente a rischio, corredato da una telecamera installata su un traliccio di alta tensione in esercizio per valutare le condizioni e le modalità di innesco dei manicotti. In parallelo proseguirà anche il lavoro di mappatura delle zone maggiormente vulnerabili mediante informazioni provenienti da banche dati meteorologiche osservative e/o di rianalisi. La mappatura delle aree di rischio costituisce un importante strumento di aiuto nella pianificazione di nuove linee o di sostituzione di materiali. In questa attività può trovare spazio un analisi di trend sui fenomeni di wet-snow mediante banche dati climatologiche. Risultati e grado di realizzazione del prodotto triennale Prodotto triennale Modelli e studi sull integrazione in sicurezza delle fonti rinnovabili non programmabili e sulle reti di trasporto in corrente continua Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2012 Stabilità di frequenza: studi sul sistema elettrico della Sardegna con modelli preliminari di emulazione dell inerzia di generatori eolici e sistemi di accumulo elettrochimico valutazione dei requisiti di riserva terziaria per la rete italiana in Attività previste nel PAR 2013 Strumenti e studi per l esercizio in sicurezza del sistema in presenza di FRNP: metodi probabilistici per la definizione dei requisiti di riserva e per la valutazione NTC, nuovi dispositivi e strategie di controllo (emulazione inerzia, Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 50 di 360

51 Prodotto triennale Modelli e software per l analisi del rischio di disservizio dovuto a contingenze di rete e malfunzionamenti dei sistemi di controllo (ICT). Gestione della sicurezza delle infrastrutture idroelettriche italiane, caratterizzate da uno scenario di progressivo invecchiamento e degrado strutturale, estendendone la vita residua e garantendone un efficiente esercizio: aspetti strutturali. Gestione della sicurezza delle infrastrutture idroelettriche italiane, caratterizzate da uno scenario di progressivo invecchiamento e degrado strutturale, estendendone la vita residua e garantendone un efficiente esercizio: aspetti idraulici. Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2012 presenza di FRNP valutazioni tecnico-economiche preliminari di un SdA elettrochimico stand-alone in regolazione primaria. Modelli di minacce, vulnerabilità e contingenze multiple. Valutazione di cascading con incertezze. Modello delle azioni di controllo in emergenza. Framework metodologico per la valutazione in linea di sicurezza N-1 di grandi reti elettriche, considerando le incertezze previsionali. Benchmark internazionale sulla modellazione dell interazione dinamica diga-bacino per lo studio della risposta strutturale delle dighe ai terremoti, condotto con il codice proprietario CANT-SD e COMSOL. Valutazione dell efficacia dei cementi pozzolanici nella prevenzione a lungo termine della reazione alcali-aggregati finalizzata alla previsione di tempi di vita in servizio più lunghi per le dighe in calcestruzzo Italiane. Sviluppo dello strumento software, FloodRisk a supporto della valutazione delle conseguenze del collasso strutturale di una diga in termini di decessi e di danni economici. Benchmark internazionale sul tema della stima delle conseguenze nell ambito del Risk Assessment, condotto con FloodRisk. Simulazioni numeriche SPH 3D di flussi granulari ( dam break erosivi, dighe in terra, frane rapide, rimozione di sedimenti da bacini idrici), fenomeni di sloshing traslazionale 2D (per serbatoi di stoccaggio liquidi) e caso studio dimostrativo di dam break con Attività previste nel PAR 2013 gestione accumuli elettrochimici e carichi termici). Piattaforma ISAP estesa con nuove funzioni per la valutazione del rischio di esercizio Power/ICT considerando minacce, vulnerabilità, contingenze e cascading. Toolbox preliminare della sicurezza statica e dinamica considerando errori previsionali. Analisi delle metodologie utilizzabili per la valutazione delle prestazioni simiche delle dighe, con focus su modi innovativi per rappresentare il carico sismico. Estensione della sperimentazione ad un più ampio intervallo di concentrazioni di alcali, in particolare di KOH, interessando anche concentrazioni superiori, in termini di potassio, alla concentrazione di questa specie nel liquido dei pori delle matrici cementizie Completamento dello sviluppo dello strumento software, FloodRisk. Benchmark su un impianto idroelettrico di ENEL fra il software Haltflood,, sviluppato da RSE nella RdS, e un software commerciale per valutare la gestione della sicurezza dell opera e per l attivazione dei piani di emergenza. Simulazioni numeriche SPH 3D di flussi granulari per inondazioni con trasporto solido di fondo (e.g. dighe in terra o, dam break erosivi) con forze di resistenza sul fondo e sforzi viscosi. Simulazioni numeriche SPH 3D di Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 51 di 360

52 Prodotto triennale Sistema integrato di previsione e monitoraggio della formazione dei manicotti di ghiaccio sulle reti elettriche. Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2012 trasporto multiplo di corpi solidi. Operatività di WOLF - Sistema di previsione ed allerta delle formazioni di ghiaccio sui cavi elettrici. Piena operatività di WILD - Stazione sperimentale per lo studio e la verifica delle previsioni di formazione di manicotto. Attività previste nel PAR 2013 inondazioni con trasporto simultaneo di corpi solidi e materiale granulare. Operatività di WOLF. Continua la calibrazione dei modelli previsionali di accrescimento e di anti-icing con le misure sperimentali di WILD. Si potenziano le misure di WILD con lo studio delle correnti di anti-icing per temperature di conduttore inferiori a 2 C. Sperimentazione di nuove tipologie di conduttori idrofobici forniti da TERNA presso WILD. Principali collaborazioni scientifiche Università / Consulente Oggetto Eventuali note integrative sul contributo della collaborazione al raggiungimento degli obiettivi di progetto Univ. di Genova Dipartimento di Ingegneria Chimica, Materiali, Ambiente (ICMA) dell Università di Roma La Sapienza Politecnico di Milano Dipartimento di Elettronica, Informatica, Telecomunicazioni e Bioingegneria Università degli studi della Basilicata Università degli studi di Pavia Politecnico di Amburgo (TUHH) ENEL - Ingegneria e Ricerca di Brindisi Contratto di ricerca sulla gestione e controllo del carico in relazione alla fornitura di servizi di regolazione inclusi aspetti di sicurezza della rete elettrica. Contratto di ricerca relativo all attività su: Comportamento a lungo termine delle dighe in calcestruzzo affette da reazioni alcali-aggregato Capacità residua di assorbimento di alcali da parte dei cementi pozzolanici completamente idratati. Tesi di laurea in corso, su sviluppo di modelli per la regolazione di frequenza da parte di impianti eolici offshore connessi a reti AC continentali mediante reti HVDC Collaborazione a titolo gratuito su attività di sicurezza idrologica e idraulica e su attività SPH. Collaborazione a titolo gratuito su attività SPH. Collaborazione a titolo gratuito su attività SPH. Su un impianto ENEL si effettuerà un benchmark fra Haltflood e un software commerciale per valutare la gestione della sicurezza dell opera e per l attivazione dei piani di emergenza. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 52 di 360

53 Università / Consulente TERNA Univ. di Genova Oggetto Accordo di collaborazione per lo studio del fenomeno di formazione manicotti di ghiaccio sui conduttori delle linee elettriche aeree e per la sperimentazione di nuovi conduttori presso la stazione WILD di Vinadio. Contratto di ricerca sulla gestione e controllo del carico in relazione alla fornitura di servizi di regolazione inclusi aspetti di sicurezza della rete elettrica. Eventuali note integrative sul contributo della collaborazione al raggiungimento degli obiettivi di progetto Durata delle attività Marzo 2014 Febbraio Linea 5- Strumenti di pianificazione e studi di espansione della rete di trasmissione Descrizione dell attività dell annualità 2014 Nelle attività di pianificazione della rete di trasmissione si concluderà lo sviluppo dei due applicativi REMARK+ e MTSIM+ per i quali nei due anni precedenti sono già state effettuate importanti attività di ricerca e sviluppo. In particolare, REMARK+ e MTSIM+, entrambi classificati come prodotti emblematici, dovranno recepire i risultati della ricerca sviluppata nei due anni precedenti e portare a compimento la fase di programmazione e di testing, così da costituire una base affidabile per gli studi che si effettueranno negli anni prossimi. Si procederà all integrazione all interno di entrambi i tool del generatore di serie eoliche e solari AMaCha migliorando le caratteristiche di quest ultimo in modo tale che possa rappresentare le correlazioni spaziali tra siti adiacenti. In entrambi i tool si implementerà un Metodo Montecarlo sequenziale, essendo quest ultimo l unico adatto all esecuzione di studi sul sistema elettrico in presenza sia di una forte quantità di generazione rinnovabile non programmabile sia di elementi di accumulo significativi. REMARK+ verrà impiegato per studi di rete ove si utilizzi una rappresentazione nodale del sistema, mentre MTSIM+ sarà proficuamente impiegato per studi con rappresentazione a macro-zone, intermedia tra quelle adottate per studi di rete e per studi di mercato elettrico. MTSIM+ dovrà essere efficientato nell esecuzione del solutore al fine di adattarlo al run di un numero elevato di casi Montecarlo e i dati di uscita dovranno essere riorganizzati in modo tale da estrarre dalla grande mole di dati di output viste riassuntive e statistiche significative sui casi eseguiti. Casi test di dimensioni significative verranno assunti a base per il test finale dei due tool: per REMARK+ un caso che simula il sistema italiano al 2022 con dettaglio sulla Sardegna; per MTSIM+ uno scenario italiano al 2020 in cui il sistema è rappresentato a macro-aree di mercato elettrico. Il caso test di REMARK+ sarà scelto opportunamente sia per testare il tool stesso sia, una volta superata la fase di validazione, per il compimento dello studio relativo all analisi del sistema sardo e dei vantaggi derivanti da possibili elementi di pompaggio in tale sistema, che ha caratteristiche peculiari per la relativamente ridotta capacità di connessione con il resto del Paese. Come per l anno scorso quest ultimo studio sarà svolto in sinergia con le attività del progetto A.3.1. Verrà approfondito lo studio dell impatto dell impianto di pompaggio marino sul sistema elettrico insulare e nazionale, mediante una modellazione avanzata, basata sul modello probabilistico sequenziale implementato in REMARK+. Si terrà conto inoltre dell impatto di tale impianto in uno scenario al 2022, in presenza del nuovo collegamento SA.CO.I. 3 da 600 MW, e si effettueranno analisi di sensitività sul valore assunto per la Carbon Tax, poiché potrebbe essere soggetto a modifiche. Nelle analisi si utilizzeranno due modelli distinti di simulazione, uno con rappresentazione semplificata della rete al di fuori della Sardegna (che sarà utilizzato per la validazione di REMARK+ e per le analisi sull impatto dell impianto di pompaggio) e uno completo (che servirà Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 53 di 360

54 per analizzare la variazione dei flussi da sud a nord nella penisola in conseguenza della messa in funzione del collegamento SA.CO.I. 3). Nel contempo, proseguiranno le attività relative ai progetti FP7 correlati (e-highway2050, ebadge, GridTech e INSPIRE-Grid) che tuttavia si concluderanno all interno del prossimo triennio. Il progetto e-highway2050 ha come obiettivo l analisi degli sviluppi di rete pan-europea al 2050 basandosi su 5 scenari di riferimento (uno di questi verrà eseguito su responsabilità RSE). Tale analisi permetterà l individuazione dello sviluppo ottimale dei corridoi analizzando costi e benefici di architetture di sviluppo alternative ed individuando le soluzioni migliori dal punto di vista tecnico-economico. A tal fine, l anno scorso era stato documentato lo sviluppo di una metodologia di analisi costi-benefici particolarmente innovativa e adatta al tipo di analisi di lungo termine da compiere nel progetto. Quest anno, preliminarmente allo svolgimento delle analisi sugli scenari (che avranno luogo nel 2015), si documenterà la costruzione di un toolbox in Visual Basic for Applications per MS-ACCESS, che implementa la metodologia di analisi costi benefici e costituirà un deliverable pubblico (open source) del progetto stesso. Il progetto ebadge ha come obiettivo l analisi dei vantaggi economici di un utilizzo condiviso delle risorse di bilanciamento di sistema tra Italia, Austria e Slovenia. Tale analisi permetterà, all interno delle attività 2014, di stimare il vantaggio economico per il sistema Italia derivante dalla condivisione delle risorse per la riserva. Contemporaneamente, continueranno le attività di sviluppo del modello pilota che permetterà l integrazione di due Virtual Power Plants simulati, uno residenziale in Slovenia e uno industriale in Austria. Il progetto GridTech svilupperà modelli al 2020, 2030 e 2050 sia pan-europei sia, con più dettaglio, nazionali (tra cui l Italia), per l analisi dell effetto degli elementi di accumulo e delle nuove tecnologie di rete. Il progetto INSPIRE-Grid è finalizzato allo sviluppo di una metodologia per gestire la comunicazione al fine di coinvolgere gli stakeholder nel processo decisionale di espansione della rete e migliorare il sostegno allo sviluppo delle future infrastrutture di rete. I risultati ottenuti nel progetto europeo saranno trasferiti alla situazione nazionale. Nel corso delle attività 2014 si proseguirà lo studio dell accettabilità sociale delle nuove infrastrutture di rete, (1) individuando e sviluppando le metodologie più appropriate per coinvolgere le principali parti interessate nel processo di definizione di progetti per la costruzione di nuove linee elettriche e (2) integrando gli aspetti ambientali e sociali nelle metodologie di valutazione e confronto di diverse alternative di sviluppo della rete. Nel primo caso si proseguirà lo studio delle modalità con cui si instaurano e si sviluppano i processi sociali legati alla proposte di espansione della rete elettrica e dei motivi per cui alcuni progetti sono bloccati mentre altri vanno avanti e si realizzano al fine di individuare misure concrete per creare e consolidare la fiducia e il sostegno delle parti interessate per i progetti di rete e promuovere la diffusione e l integrazione degli impianti alimentati da fonti rinnovabili. In particolare verranno analizzati gli studi più recenti in materia realizzati in Europa e verrà esaminata la possibilità di un loro trasferimento alla realtà italiana. Ci si aspetta che un contributo rilevante all avanzamento di questa attività possa derivare dai risultati che si otterranno nell ambito del progetto INSPIRE-Grid, di cui RSE è coordinatore. Nel secondo caso, si proseguirà lo sviluppo dello strumento prototipale per collegare il software SESAMO - sviluppato da RSE per svolgere analisi multicriteri - con un applicazione in ambiente GIS Open Source, che consenta di generare mappe tematiche per l'analisi socioeconomica e ambientale, attraverso la raccolta, l'organizzazione logica, l elaborazione e la rappresentazione dei dati rilevanti. In particolare, lo strumento si avvarrà di una funzionalità per il calcolo dei costi esterni sul paesaggio, sviluppando un algoritmo per l applicazione dei risultati ottenuti negli anni scorsi con gli esperimenti di scelta, e sarà prodotto un plug-in dello strumento integrato GIS-SPLE. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 54 di 360

55 Risultati e grado di realizzazione del prodotto triennale Prodotto triennale Sviluppo di tool modellistici per l analisi delle criticità di rete derivanti dall integrazione di grandi quantità di generazione da fonti rinnovabili. Sviluppo di un simulatore del mercato del bilanciamento in grado di valutare il vantaggio derivante della condivisione trans-nazionale di risorse di riserva secondaria e terziaria. Applicazione a dati dei paesi Austria, Italia, Slovenia (in sinergia con progetto ebadge). Messa a punto di una metodologia avanzata per l analisi di costi e benefici relativa a nuove infrastrutture di rete, con particolare riferimento allo sviluppo nel lungo periodo (2050) di autostrade dell energia europee (in sinergia con il progetto e-highway2050). Sviluppo dello strumento che integra SESAMO con le funzionalità GIS basato sull analisi multicriteri. Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2013 Adattamento dei tool MTSIM e REMARK+ per l implementazione di un metodo Montecarlo sequenziale utilizzando le serie provenienti da AMaCha. Sviluppo del simulatore e prime prove sul set di dati prestabilito. Sviluppo della metodologia Sviluppo del prototipo per il calcolo degli indicatori per l Analisi Multicriteri Attività previste nel PAR 2014 Completamento dello sviluppo di MTSIM+ e REMARK+ con integrazione di Montecarlo sequenziale, efficientamento del codice e validazione su caso test di dimensione realistica Completamento dello sviluppo modellistico e validazione del simulatore; analisi dei risultati di un applicazione su un set di dati storici messo a punto con l aiuto dei TSO appartenenti al consorzio ebadge Finalizzazione della metodologia con validazione da parte del consorzio e- Highway2050 e dei revisori nominati dalla Commissione Europea. Approfondimento sulle tematiche di rights-of-way e ritardi dovuti a tempi di approvazione delle nuove infrastrutture. Inizio sviluppo del toolbox, programma in Visual Basic in ambiente MS ACCESS che applica la metodologia (sarà finalizzato nel 2015) Aggiunta in GIS-SPLE del modulo per il calcolo dei costi esterni sul paesaggio. Principali collaborazioni scientifiche Nell ambito della linea in oggetto e nel corso del presente Piano di Realizzazione non è prevista l attivazione di collaborazioni scientifiche. Durata delle attività Marzo 2014 Febbraio Elenco dei deliverable del progetto Le attività svolte e gli obiettivi conseguiti nel progetto al termine del PAR 2014 saranno descritti, nella forma di rapporti tecnici, nei seguenti deliverable: Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 55 di 360

56 Numero di riferimento Titolo Linea di attività 1 - Scenari elettrici e clima 1 Rilievi di concentrazioni dei gas serra a Plateau Rosa e aggiornamento degli archivi internazionali 2 Stima dei rischi per le infrastrutture del sistema elettrico italiano sulla base delle proiezioni delle variazioni climatiche Linea di attività 2 - Scenari dei sistemi elettro-energetici e impatto dello sviluppo delle fonti rinnovabili 3 Scenari di sviluppo dei sistemi elettro-energetici verso gli obiettivi EU Impatti dei cambiamenti climatici sul sistema elettrico al Il mercato elettrico nazionale nel mercato elettrico europeo Analisi di impatto sul sistema elettrico dello sviluppo delle fonti rinnovabili in scenari 2030 e 6 valutazione degli interventi per farvi fronte Analisi costi-benefici di applicazioni di sistemi di accumulo in un contesto di elevata penetrazione di 7 FRNP 8 Radiazione solare e produzione fotovoltaica Linea di attività 3 - La flessibilità del parco di generazione Procedura di calibrazione e definizione della tecnica per la misura della TIT a distanza dalla parete 9 del TurboGas Sviluppo di prototipi di laboratorio e da impianto del sistema LIBS, prove di laboratorio, 10 installazione e prova su impianto Esercizio flessibile degli impianti termoelettrici: caratterizzazione dei materiali e simulazione 11 numerica a supporto dell analisi tecno-economica Linea di attività 4 - Sicurezza del sistema elettrico italiano, includendo l analisi delle reti di trasporto in corrente continua Applicazione della metodologia di rischio di esercizio, estesa con indici di fenomeni dinamici, e 12 sviluppi della piattaforma di analisi in linea Risposta transitoria della frequenza di rete: impatto della penetrazione di generazione rinnovabile 13 non programmabile e del contributo inerziale di sistemi di accumulo elettrochimico per il sistema elettrico della Sardegna La rappresentazione dell azione sismica nelle analisi numeriche per la valutazione della sicurezza 14 degli sbarramenti di ritenuta: applicazioni alle dighe ad arco Comportamento a lungo termine delle dighe in calcestruzzo con reazioni alcali-aggregato. Capacità 15 residua di assorbimento di alcali da parte dei cementi pozzolanici completamente idratati 16 Sperimentazione delle prestazioni dello strumento HaltFlood applicato ad un caso reale 17 Lo strumento FloodRisk per la valutazione delle conseguenze delle inondazioni Modellazione fluidodinamica SPH per inondazioni con trasporto di strutture solide e materiale 18 granulare: rappresentazione delle forze di resistenza sul fondo, soluzioni modellistiche integrate e simulazioni 3D 19 Previsione, monitoraggio e mitigazione della formazioni di ghiaccio sulle linee elettriche aeree Linea di attività 5 - Strumenti di pianificazione e studi di espansione della rete di trasmissione 20 Coinvolgimento degli stakeholder nello sviluppo della rete elettrica 21 REMARK+ e MTSIM+: due strumenti avanzati per gli studi sulla rete elettrica 22 Manuale d uso di REMARK+ 23 Manuale d uso di MTSIM Analisi sulle prospettive di sviluppo del sistema elettrico nel medio e lungo termine: risultati dei progetti e-highway2050, ebadge e GridTech 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 e di trasporto 26 Rapporto di sintesi del progetto Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 56 di 360

57 Comunicazione e diffusione dei risultati Oltre alla consueta pubblicazione dei rapporti di Ricerca di Sistema attraverso il sito web aziendale, sul quale è possibile visionare i documenti ma anche effettuare liberamente il download, sono previste e pianificate numerose altre iniziative di disseminazione al fine di garantire una più ampia diffusione dei risultati. In generale, i principali soggetti verso i quali saranno indirizzate le attività di diffusione saranno il Ministero dello Sviluppo Economico, l Autorità per l Energia Elettrica e il Gas e Sistema Idrico e gli operatori del settore elettrico, in primis TERNA e le principali utilities del sistema elettrico. Particolare attenzione verrà rivolta alla diffusione dei risultati nell ambito di iniziative di comunicazione nazionali e internazionali (tipicamente convegni, seminari, workshop, giornate di studio) organizzate da RSE stessa oppure da associazioni di categoria e/o professionali, con particolare riguardo all AEIT (Federazione Italiana di Elettrotecnica, Elettronica, Automazione, Informatica e Telecomunicazioni). D altro canto, si promuoveranno anche le attività di diffusione mediante corsi e lezioni presso atenei universitari. A livello nazionale, per diffondere a un pubblico più vasto i risultati delle ricerche svolte, si promuoverà la pubblicazione di brevi articoli sulla rubrica Ricerca Energetica / Sistema Elettrico del Quotidiano Energia. Nel contesto nazionale, risulta significativa la direzione esercitata da Massimo Gallanti, direttore del dipartimento Sviluppo dei Sistemi Energetici di RSE, della rivista L Energia Elettrica dell AEIT, al cui comitato di redazione partecipano rappresentanti di tutti i maggiori operatori del settore elettrico nazionale, oltre che dell Autorità per l Energia Elettrica e il Gas e Sistema Idrico. Orizzonti di diffusione allargati al contesto europeo e internazionale si avranno grazie alla pubblicazione di articoli e memorie su riviste internazionali, in particolar modo quelle caratterizzate da un peer review significativo. Tali pubblicazioni sono indicative del grado di interesse che i temi trattati nella Ricerca di Sistema riscuotono a livello internazionale e costituiscono, nel contempo, un indubbio riconoscimento del valore delle attività svolte. Altresì saranno importanti le partecipazioni ai Progetti Europei perché presentano un duplice vantaggio: da un lato favoriscono il confronto con altri istituti di ricerca e gli operatori del settore, creando sinergie molto efficaci e una maggiore crescita, dall altro lato consentono di mostrare in modo pratico ed applicativo le potenzialità e le funzionalità degli studi e degli strumenti messi a punto da RSE nella Ricerca di Sistema. Di seguito si presentano dettagli più specifici sui mezzi di diffusione, percorrendo con ordine le varie linee del progetto. Scenari elettrici e clima La diffusione delle misure dei principali gas serra rilevate nella stazione di Plateau Rosa avverrà nell ambito del WMO/GAW (World Meteorological Organization/Global Atmosphere Watch) e del Sixth National Communication under the UN Framework Convention on Climate Change organizzato dal Ministry for the Environment, Land and Sea. Saranno inoltre ffettuate pubblicazioni su riviste nazionali e internazionali. I risultati relativi agli studi tesi a valutare i cambiamenti climatici saranno presentati alla Conferenza Annuale Climate Changes and Water Security in the Po River Basin, che sarà organizzato dall eu.watercenter dell Università di Parma, in collaborazione con altri enti tra cui il Ministero dell Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare (MATTM) e l Istituto Superiore per le Protezione e la Ricerca Ambientale (ISPRA). La caratterizzazione degli eventi estremi sarà oggetto di una presentazione nell ambito della Conferenza Nazionale Climate change: scenarios, impacts and policy, che sarà organizzata dalla Società Italiana per le Scienza del Clima (SISC). E prevista inoltre la divulgazione di queste ricerche agli studenti del Politecnico di Milano attraverso il seminario Using Global and Regional models to study Climate Changes over Mediterranean Basin, analogamente a quanto fatto lo scorso anno per gli studenti del Dipartimento di Fisica dell Università degli Studi di Milano. I risultati dell attività saranno infine oggetto di un articolo che sarà inviato alla rivista internazionale Climatic Change. Riguardo alla diffusione nei confronti dei soggetti industriali, è di rilievo la collaborazione con TERNA sull analisi dell impatto dei cambiamenti climatici sul sistema elettrico. Come ulteriore veicolo di diffusione dei risultati, si continuerà la gestione dei siti web: Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 57 di 360

58 OASi Osservazioni Ambientali e SIstema elettrico (http://oasi.rse-web.it/) sul quale vengono pubblicati i dati sulla concentrazione dei gas serra acquisiti dalla stazione del Plateau Rosa. CLIMED (http://climed.rse-web.it/map.phtml) è un sito web-gis attraverso cui è possibile visualizzare le diverse variabili meteo-climatiche su diverse aree geografiche del paese. Scenari dei sistemi elettro-energetici e impatto dello sviluppo delle fonti rinnovabili I primi soggetti verso i quali saranno indirizzate le attività di diffusione saranno il Ministero dello Sviluppo Economico, l Autorità per l Energia Elettrica e il Gas e Sistema Idrico e le autorità responsabili della pianificazione energetica, anche a livello locale, sia in relazione alla disponibilità degli strumenti sviluppati per gli studi di scenario sia più in generale in relazione alle analisi di scenari di sviluppo a lungo termine del sistema elettro-energetico nazionale, alle simulazioni del sistema elettrico per le valutazioni degli impatti delle FRNP ed alle analisi costi/benefici delle applicazioni dei sistemi di accumulo. In particolare, si segnalano le attività di consulenza alla Presidenza del Consiglio, al Ministero dello Sviluppo Economico e al Ministero dell Ambiente sulla valutazione dell impatto sul sistema elettro-energetico nazionale del conseguimento dei nuovi obiettivi al 2030 della policy Clima Energia europea. Riguardo all AEEGSI, continuerà l attività di supporto tecnico alla regolazione dei progetti pilota per la sperimentazione di sistemi di accumulo sviluppati da TERNA. Riguardo alla diffusione nei confronti dei soggetti industriali, sul tema dei sistemi di accumulo è di rilievo la collaborazione con ANIE relativa allo studio di molteplici applicazioni di tali tecnologie a supporto del sistema elettrico, mentre con TERNA la collaborazione verterà sull analisi dell impatto dei cambiamenti climatici sul sistema elettrico, svolta in sinergia con lo studio delle variabili metereologiche svolto nella Linea 1 del presente progetto. Nell ambito dell Associazione Energia Elettrica dell AEIT, del cui Gruppo Tematico Produzione e Mercato Elettrico RSE ha la responsabilità, è prevista l organizzazione di un convegno dedicato alla discussione delle principali criticità del sistema e del mercato elettrico nazionale, oggetto di studio nel presente PAR. Ci si propone anche di sfruttare l opportunità di diffondere i risultati delle ricerche svolte a un pubblico più vasto, mediante la pubblicazione di brevi articoli nella rubrica Ricerca Energetica / Sistema Elettrico del Quotidiano Energia. In termini più generali, si continueranno a perseguire attività di diffusione derivanti dalla pubblicazione di articoli su riviste di settore, nazionali e internazionali, e dalla presentazione di contributi a congressi, convegni e workshop, sia in ambito nazionale sia internazionale. La diffusione dei risultati e delle conoscenze maturate avverrà anche attraverso seminari in ambito universitario e scolastico (a titolo di esempio si cita la collaborazione pluriennale con la facoltà di Fisica dell Università Statale di Milano). La flessibilità del parco di generazione La diffusione dei risultati sarà indirizzata all Autorità per l Energia Elettrica e il Gas e Sistema Idrico, che ha richiesto consulenze specifiche sul tema della flessibilizzazione dei cicli combinati, e agli operatori del settore, tra i quali ENEL e ANSALDO. Si promuoveranno inoltre le pubblicazioni su riviste nazionali e internazionali, oltre alla pubblicazione su libri. Sul tema della TIT si terrà un corso presso il College on Optics and Energy, ICTP-ICO-MCTP, a Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, Mexico. Sicurezza del sistema elettrico italiano, includendo l analisi di reti di trasporto in corrente continua Sul tema della sicurezza del sistema elettrico, i principali destinatari delle attività di ricerca saranno i TSO, il MiSE, l AEEGSI, le società di generazione, i costruttori e le società di consulenza nel settore dell energia. I risultati saranno diffusi mediante la partecipazione a convegni nazionali (p.es. in ambito AEIT), internazionali (p.es. organizzati da IEEE) e ai workshop dei progetti europei correlati. Sono previste pubblicazioni su riviste nazionali e internazionali. Le attività concorrono inoltre a fornire input all Annex 6 dell Implementing Agreement ISGAN dell IEA. Le attività relative al tema della sicurezza delle infrastrutture idroelettriche saranno divulgate e promosse attraverso pubblicazioni su riviste scientifiche, nazionali e internazionali, con peer review e indicizzate (Web of Science e/o Scopus), attraverso partecipazioni a congressi e convegni (82 Annual Meeting ICOLD, workshop ITCOLD Dighe e Territorio, SPHERIC 2013 e 2014, IDRA 2014). Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 58 di 360

59 Un altro canale di diffusione saranno i Comitati Tecnici di Associazioni Scientifiche quali ICOLD (International Commission on Large Dams) e RILEM (The International Union of Laboratories and Experts in Contruction Materials, Systems and Structures). Sempre in ambito ICOLD, proseguirà inoltre la partecipazione a gruppi di lavoro del comitato internazionale, del Club Europeo e del corrispondente Comitato Nazionale Italiano per le Grandi Dighe (ITCOLD). Potenziali canali di diffusione per i prodotti della ricerca sono gli operatori idroelettrici, la Direzione Generale per le Dighe e le Infrastrutture idriche ed elettriche (ex Registro Italiano Dighe), le Protezioni Civili, le Autorità di bacino e l ARPA. Infine RSE è membro di SPHERIC (comunità scientifica internazionale per la modellazione SPH), affiliata a ERCOFTAC (comunità scientifica europea per la meccanica dei fluidi): l affiliazione di RSE, a titolo gratuito, si basa sulla produzione scientifica degli ultimi 3 anni. La diffusione delle previsioni di WOLF avviene attraverso un sito web dedicato. In particolare, le previsioni giornaliere, relative all ultimo evento di sovraccarico previsto sono disponibili all indirizzo E inoltre possibile consultare l archivio storico delle previsioni a partire dal dicembre 2008 all indirizzo L accesso ai due siti avviene attraverso la creazione di un account dedicato agli operatori della rete elettrica che ne fanno richiesta. Gli operatori possono così utilizzare le previsioni per identificare le zone a maggior rischio e l archivio storico a scopo diagnostico, per un confronto mirato a calibrare le previsioni rispetto ad eventi di particolare eccezionalità. I risultati ottenuti sono in genere regolarmente condivisi con gli operatori elettrici, in occasione di frequenti incontri tecnici adeguatamente documentati. Strumenti di pianificazione e studi di espansione della rete di trasmissione La disseminazione dei risultati avverrà, come d abitudine, mediante diversi canali: workshop presso gli stakeholder nazionali e internazionali, diffusione tramite riviste del settore e giornali scientifici e disseminazione tramite associazioni professionali, in particolare tramite l Annex 6 di ISGAN, in cui RSE ricopre il ruolo di capo task. Si segnala a livello nazionale il workshop che si svolgerà nel mese di settembre, dedicato alla disseminazione dei risultati ottenuti con il simulatore di ebadge, a cui parteciperanno stakeholder nazionali (TERNA, AEEGSI, ENEL) e internazionali (gestore della rete slovena ELES e del mercato sloveno Borzen). Sui temi dell accettabilità sociale dell espansione della rete elettrica, proseguiranno le attività di diffusione in ambito CIGRE oltre alla pubblicazione di articoli su riviste. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 59 di 360

60 Preventivi economici PROGETTO Ore personale dipendente Costi personale dipendente (A.1) Costi personale non dipendente (A.2) Costi di personale (A1+A.2) Costi per strumenti, attrezzature, software specifico Costi di esercizio Costi per servizi di consulenza, acquisizione di competenze tecniche, brevetti Viaggi e missioni Spese generali supplementari (costi indiretti) Totale costi Totali finanziamenti UE RdS (Ore) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) A.1 Evoluzione e sviluppo del sistema elettrico nazionale 1 Scenari elettrici e clima Subtotale linea Scenari dei sistemi elettroenergetici e impatto dello sviluppo delle fonti rinnovabili UE DYNERGYSteel Subtotale linea La flessibilità del parco di generazione UE SAMBA Subtotale linea Sicurezza del sistema elettrico italiano, includendo l'analisi di reti di trasporto in corrente continua AFTER UE itesla BESTPATHS Subtotale linea Strumenti di pianif icazione e studi di espansione della rete di trasmissione INSPIRE-Grid UE ehighway ebadge GridTech Subtotale linea Totale Si include anche una tabella, suddivisa per linee di attività, dei principali acquisti previsti nell annualità (non scientifici). Principali fornitori esterni Descrizione Linea 1 - Scenari elettrici e clima Cervino SpA Barmasse Rosolfo C. Snc Rivoira SIAD MATLAB Trasporto per laboratorio Plateau Rosa Bombole gas tecnici per laboratorio Plateau Rosa Rinnovo licenze Linea 2 - Scenari dei sistemi elettro-energetico e impatto dello sviluppo delle fonti rinnovabili Kanors Rinnovo manutenzione licenze SW Times - VEDA Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 60 di 360

61 Principali fornitori esterni EUMETSAT TECNAVIA SA Descrizione Rinnovo licenza per ricezione dati satellitari EUMETSAT Manutenzione ricezione dati da satellite MSG Linea di attività 3 - La flessibilità del parco di generazione Fornitori vari MATLAB, COMSOL Fornitori vari Fornitori vari Forniture di spettrometri, ottiche, filtri e altro materiale per il sistema ottico TIT e il sistema LIBS Rinnovo licenze Realizzazione di provini per eseguire prove sui materiali delle turbine a vapore e a gas Lavorazioni meccaniche, manutenzioni test rig Linea di attività 4- Sicurezza del sistema elettrico italiano, includendo l analisi delle reti di trasporto in corrente continua MATLAB, DigSILENT, COMSOL, Intel Fortran Comune Vinadio Fornitori vari Fornitori vari Rinnovo licenze Affitto terreno stazione ghiaccio, bollette, canoni Lavorazioni meccaniche varie per l installazione di nuovi conduttori da sperimentare presso la stazione WILD Acquisto materiale per la stazione WILD Linea di attività 5- Strumenti di pianificazione e studi di espansione della rete di trasmissione GLOBO MATLAB Manutenzione licenze software (ESRI) Rinnovo licenze Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 61 di 360

62 DIAGRAMMA TEMPORALE DELLE ATTIVITÀ (GANTT) Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 62 di 360

63 Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 63 di 360

64 Progetto A.2: Trasmissione e distribuzione dell energia elettrica IL QUADRO DI RIFERIMENTO Descrizione del prodotto dell attività Lo sviluppo del Sistema Elettrico ha potuto beneficiare di un lungo periodo di consolidamento che ha permesso, nel nostro Paese, lo sviluppo di una rete solida, affidabile e stabile, accompagnando così l evoluzione dell intero sistema industriale. Nel corso degli ultimi due decenni, alla continuità del servizio che nel passato aveva costituito l asse portante delle strategie di ricerca, sviluppo ed evoluzione del Sistema, si sono affiancate altre istanze che richiedono, accanto al mantenimento delle caratteristiche di affidabilità, di stabilità e di sicurezza, maggiori flessibilità, economicità, apertura a una pluralità di attori, in una prospettiva di sostenibilità sociale ed ambientale. Alcune tra le parole chiave che hanno guidato questa evoluzione sono state, in un ordine puramente cronologico e certamente in un elenco non esauriente, liberalizzazione del mercato, riduzione delle emissioni, ecosostenibilità, generazione distribuita, smart grid Il dibattito tra i fautori e i detrattori di ciascuna di queste evoluzioni si è fatto spesso acceso, con ragioni valide a sostegno di volta in volta delle singole posizioni. Se solo il tempo permetterà di rivedere tutto il processo da una prospettiva più ampia distaccata ed equanime, un fattore positivo può essere senz altro riconosciuto da tutti: il tentativo, più o meno riuscito, di implementazione delle filosofie e degli obiettivi di gestione che a tali parole chiave si accompagnano ha quantomeno imposto una riflessione e una rivisitazione di concetti considerati fino a pochi istanti prima scolpiti nella roccia e ha avuto il merito di resuscitare nella comunità tecnica e in quella della collettività, più allargata e meno formata ma non per questo completamente priva di interesse, un attenzione che sembrava perduta. Anche un progetto che si occupa dei settori più classici della ricerca sul sistema elettrico non può non tenere conto delle prospettive di evoluzione di cui si è fatto cenno e dovrà anzi contribuire a creare le premesse per cui l innovazione verso la flessibilità si accompagni al mantenimento, se non all aumento, delle caratteristiche di sicurezza e di stabilità del sistema e la spinta verso l economicità si traduca nel miglioramento della conoscenza del sistema e nell uso dinamico, consapevole e trasparente delle informazioni che è già possibile attingere dal sistema attuale. Tali istanze si declinano nelle due linee di attività su cui si articola il presente progetto: una è volta ai componenti chiave del sistema, ad aumentarne la flessibilità di gestione, a individuare segnali precoci dell insorgere di possibili problemi, a diminuirne l impatto una volta che questi si siano verificati, con beneficio diretto per la sicurezza del sistema elettrico e, indirettamente, per tutti i portatori di interesse coinvolti. Rendendo quindi disponibili nuove informazioni, strumenti e prodotti, il progetto si occuperà di gestione dinamica delle linee di trasporto, di modelli di fenomeni di degrado dei componenti, di sistemi di monitoraggio delle loro condizioni, di dispositivi che garantiscano al contempo tempestività, modularità ed efficacia nel riparare le porzioni di rete da loro protette. Per ottenere questi risultati si intende avvalersi di strumenti di volta in volta già disponibili o, dove occorra, realizzati ad hoc nel contesto del progetto, basandosi su tecnologie innovative o su applicazioni innovative di tecnologie già esistenti La seconda linea di attività riguarda invece gli aspetti relativi all attività regolatoria sul sistema o ad essa propedeutici e costituisce una riflessione sulle modalità con cui il sistema elettrico è osservato, misurato e valutato nelle sue prestazioni. Non si può non citare in quest ambito l azione di supporto all Autorità per l Energia Elettrica, il Gas e il Sistema Idrico (AEEGSI) e ai partecipanti del tavolo di lavoro istituito in merito all implementazione del sistema di monitoraggio esteso della qualità della fornitura, destinato ad avere un impatto capillare su tutto il sistema Paese ma non vanno peraltro dimenticati alcuni preziosi strumenti innovativi di analisi e di misura, finalizzati al miglioramento non solo all approfondimento della conoscenza sullo stato del sistema ma a ottenere un effettivo miglioramento dell accuratezza delle misure a partire dalle apparecchiature Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 64 di 360

65 già disponibili, con un impatto positivo sugli strumenti di gestione economica del sistema elettrico ma con possibili ricadute e migliorie anche dal punto di vista della sua sicurezza e stabilità. Situazione industriale del prodotto dell attività Nei precedenti Piani di Realizzazione di Ricerca di Sistema grande attenzione è stata dedicata alle tematiche legate allo sviluppo e alla gestione dei sistemi T&D e dei relativi componenti. Tale attenzione è d altra parte ovvia, essendo il sistema T&D la spina dorsale del Sistema Elettrico, ed essendo il suo sviluppo e rinforzo funzionali alla diffusione e all integrazione delle fonti rinnovabili. Sono pertanto stati condotti studi e sperimentazioni volti da un lato ad analizzare e a ottimizzare l impatto di tecnologie innovative, dall altro alla messa a punto in proprio di nuove metodologie, strumenti e apparecchiature. Sul fronte delle soluzioni per aumentare la flessibilità della rete elettrica di trasmissione, esigenza particolarmente sentita, in funzione di un progressivo riassetto dell equilibrio tra sorgenti e carichi dovuto alla diffusione della produzione da fonti rinnovabili e dell integrazione nel sistema elettrico europeo, una considerevole attenzione è stata apportata alle modalità di caratterizzazione, qualificazione, modellistica, sperimentazione e monitoraggio di conduttori realizzati adottando soluzioni e tecnologie innovative. Si registra infatti, da parte del TSO (Transmission System Operator) italiano, TERNA, una viva attenzione nei confronti della possibilità di monitorare la capacità di carico delle linee mediante impiego di sistemi di rilievo della temperatura dei conduttori (dynamic thermal rating), nella prospettiva di gestire in maniera dinamica la quantità di energia trasportata su di esse. Una viva attenzione è inoltre sentita nei confronti della possibile adozione di conduttori innovativi a elevata capacità di trasporto e con ridotti coefficienti di dilatazione termica. Una nuova tipologia di conduttori con anima portante in materiale composito (fibre di carbonio e fibre di vetro) sembra costituire oggi il prodotto con le maggiori potenzialità, ma prima di un suo esteso impiego sono necessari approfonditi studi e prove per verificarne le caratteristiche elettriche e meccaniche, nonché la sua affidabilità nel tempo. In quest ottica, con le attività di ricerca dei precedenti Piani di Realizzazione, RSE ha fornito un decisivo supporto allo sviluppo e alla caratterizzazione di diversi tipi di conduttori innovativi per linee aeree. La collaborazione con Terna e con soggetti industriali ha consentito di ancorare l attività a solidi riferimenti applicativi, fattore particolarmente importante in vista anche delle ricadute in ambito prenormativo e normativo delle attività. Tra i risvolti sperimentali di maggior interesse si registra l installazione sperimentale di un conduttore innovativo a nucleo in materiale composito su una linea di Alta Tensione, il cui comportamento in esercizio è tuttora sotto monitoraggio. Ai rilievi diretti delle condizioni dei conduttori mediante sensoristica a bordo si è aggiunta la realizzazione di strumenti prototipali per il rilievo della freccia, forieri di promettenti possibilità di finalizzazione. Oltre alla focalizzazione specifica sui conduttori è peraltro importante esercitare un azione di monitoraggio sulle metodologie e sui modelli disponibili per la previsione delle condizioni atmosferiche, rivelatisi sinora non sufficientemente raffinati per consentirne un applicazione puntuale attendibile ed efficace. Sempre per quanto riguarda i conduttori, importanti attività di studio sono state condotte attività di ricerca concernenti l impatto di situazioni meteorologiche estreme particolarmente critiche per i conduttori: i forti temporali e la conseguente attività ceraunica e la formazione di ghiaccio. Nei precedenti periodi di riferimento sono stati studiati da RSE possibili strumenti informativi di supporto ai gestori delle reti ed è stata avviata, riguardo le problematiche di fulminazione, la messa a punto di strumenti di modellistica avanzata, adottando un approccio scientifico particolarmente impegnativo. Sul fronte delle metodologie e delle tecniche di monitoraggio e diagnostica delle condizioni dei componenti di rete le attività condotte in periodi di riferimento precedenti hanno permesso di acquisire una notevole esperienza metodologica, che ha già prodotto strumenti oggi utilizzati nella gestione della rete italiana. Tra quelli analitici, non si possono non citare i criteri utilizzati per la diagnostica sugli isolatori compositi e per la relativa manutenzione con metodi sotto tensione; tra le apparecchiature vere e proprie è possibile citare il dispositivo AMICO, per il monitoraggio del livello di contaminazione superficiale degli isolatori installati in rete. Le esperienze acquisite nel quadro delle esperienze e delle campagne di misura condotte in campo, Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 65 di 360

66 corroborate con il confronto continuo con gli stakeholders, ovvero gli Operatori delle reti di Trasmissione (Terna, RTE) e di Distribuzione (Enel Distribuzione, ACEA, A2A) o che ad esse si affacciano (SORGENIA), hanno reso disponibile una importante mole, oltre che di dati (su trasformatori di potenza, isolatori ), di campioni (cavi e loro accessori) o, in alcuni casi, di componenti completi (isolatori, trasformatori di misura ), il cui comportamento presenta anomalie o comunque elementi di interesse. La disponibilità di tali dati e campioni ha permesso di identificare o di ipotizzare possibili indici diagnostici per numerosi elementi critici del sistema elettrico. La validazione di tali risultati e la loro disponibilità riveste particolare importanza nel contesto dello sforzo in corso volto, a livello internazionale, all individuazione di criteri sempre più sicuri e affidabili per la gestione dei componenti del sistema elettrico. In parallelo all approccio empirico si è ritenuto opportuno avviarne uno modellistico-analitico ex-ante che ha permesso di mettere a punto le basi di un codice di calcolo che appare foriero di interessanti sviluppi in numerosi ambiti applicativi. Un altro filone su cui RSE si è concentrato nei periodi di riferimento precedenti, ottenendo risultati di particolare pregio a livello internazionale, è quello della superconduttività e delle sue applicazioni: si tratta di tematiche tradizionalmente considerate di notevole interesse in linea di principio ma di difficile applicazione pratica per ragioni tecnologiche ed economiche; tuttavia, tali applicazioni potrebbero rappresentare in prospettiva una soluzione particolarmente attraente sul fronte dell efficienza e della continuità del servizio. Tra i risultati più cospicui ottenuti da RSE si annovera la realizzazione di un prototipo di dispositivo limitatore della corrente di corto circuito basato sull impiego di materiali superconduttivi (SFCL, Superconductive Fault Current Limiter): il dispositivo SFCL prototipale da 9 kv e 220 A progettato, realizzato e installato recentemente da RSE nella sottostazione A2A di S. Dionigi a Milano è il primo dispositivo di questo tipo funzionante in una rete elettrica italiana, ed è uno dei pochi esempi al mondo, nonostante un impegno di ricerca rilevante e internazionalmente esteso in tale settore. Se tale risultato ha permesso di dimostrare, oltre alla fattibilità della realizzazione e del mantenimento in esercizio del prototipo di apparecchiatura, anche la possibilità di una sua sostenibilità economica, si prospettano come estremamente utili e importanti ulteriori attività di ricerca per la realizzazione e l installazione in rete di un dispositivo evoluto di taglia superiore, da 1000 A, trifase e non più monofase, possibilmente basato su materiali superconduttori di seconda generazione (YBCO coated conductor), che consentono di ridurre drasticamente sia la quantità di nastro superconduttore da utilizzare sia la potenza refrigerante richiesta dal dispositivo SFCL, quindi di diminuirne notevolmente i costi di realizzazione e di esercizio, che sono elementi essenziali nella valutazione sulla concreta possibilità di industrializzazione di dispositivi di questo tipo. Oltre alla caratterizzazione di superconduttori di prima e seconda generazione per applicazioni mirate (come ad esempio per i sopracitati SFCL) l attenzione si è incentrata anche sulla messa a punto di altri componenti innovativi, quali i trasformatori con nucleo amorfo, e sulla progettazione e realizzazione di una microrete in corrente continua (c.c.) in bassa tensione comprensiva di generatori, sistemi di accumulo elettrico e carichi programmabili. Lo svolgimento di tali indagini, a carattere prevalentemente tecnologico, è stato possibile grazie anche alle numerose e diverse potenzialità sperimentali disponibili presso RSE, fra le quali si ricordano laboratori di prova di tipologie diverse, ma integrati per le finalità di caratterizzazione sopra indicate: laboratori dielettrici di media, alta e altissima tensione, laboratori per prove meccaniche di conduttori e isolatori, laboratori di caratterizzazione e diagnostica di materiali e componenti, nonché un laboratorio di superconduttività. Riguardo alla qualità del servizio, RSE, nell ambito della Ricerca di Sistema, ha affrontato in passato le problematiche della qualità della fornitura elettrica sia sul lato utente sia sul lato rete. Nel primo caso l attività ha riguardato l analisi della suscettibilità ai disturbi dei carichi e di alcuni processi produttivi, redigendo guide di approccio ai problemi di qualità del servizio che, benché orientate verso settori industriali ben identificati, presentano aspetti e caratteristiche di generalità nella procedura e modalità di affrontare il problema. Lo sviluppo del sito web PQnet ha rappresentato un supporto agli utenti industriali con problemi di power quality, fornendo materiale informativo e/o di approfondimento e strumenti per l analisi guidata della suscettibilità ai disturbi e alla valutazione dell'impatto economico di una carente qualità. L avvio Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 66 di 360

67 del monitoraggio della qualità della tensione all interno di alcune utenze industriali, ha poi consentito di sperimentare e mettere a punto una metodologia di analisi degli eventi finalizzata alla loro correlazione lato utente/lato rete e alla valutazione della sensibilità del processo industriale a tali eventi. Relativamente alla qualità lato rete l attività svolta in passato da RSE si è orientata, oltre all analisi e all individuazione degli indici di qualità più opportuni per la caratterizzazione della qualità della rete a livello sia di sito sia di sistema, anche alle problematiche del miglioramento della continuità e qualità della fornitura elettrica. Queste ultime sono state affrontate sia con l analisi di soluzioni tradizionali (telecontrollo, bobina di compensazione, ecc.) sia con lo studio di soluzioni innovative mediante l impiego di dispositivi basati sull elettronica di potenza (Custom Power e Premium Power Park). Nel campo della caratterizzazione dell effettivo livello di qualità della tensione nelle reti di distribuzione RSE conduce da tempo un attività di monitoraggio, estesa a un insieme di punti rappresentativo della situazione nazionale, dei parametri di qualità nelle reti in media tensione. L ingente mole di dati raccolti e le approfondite analisi condotte hanno supportato l azione dell Autorità nel processo di revisione della norma EN 50160, relativa alle caratteristiche della tensione fornita dalle reti pubbliche di distribuzione, e costituiscono un patrimonio informativo di lungo periodo su un ampio campione della rete nazionale, pubblicamente consultabile mediante il sito QuEEN. Tale patrimonio di dati ha inoltre permesso a RSE di individuare e affinare opportuni indici sintetici per la caratterizzazione della rete di distribuzione in media tensione con riferimento ai buchi di tensione. Tali indici sono stati utilizzati per analizzare l evoluzione nel tempo e nello spazio (analisi su base nazionale, di macroarea e regionale) delle prestazioni della rete a fronte del disturbo. Le analisi svolte da RSE sull evoluzione delle prestazioni della rete sono state di supporto all AEEGSI nella stesura del documento di consultazione pubblica DCO 42/10 del Novembre 2010: con tale documento è stato dato l avvio a una fase di consultazione pubblica volta, tra l altro, a valutare la possibilità di realizzare un sistema di monitoraggio nazionale riguardante tutte le cabine primarie della rete di media tensione. I risultati della consultazione hanno portato all emissione della delibera ARG/elt 198/11 del 29 Dicembre Con tale documento l Autorità, oltre a deliberare per la realizzazione del sistema nazionale di monitoraggio a carico dei Distributori (articolo 64 dell'allegato A alla deliberazione ARG/elt 198/11), ha dato mandato al Direttore della Direzione Consumatori e Qualità del Servizio per l istituzione di un Tavolo di Lavoro mirato alla definizione delle specifiche tecniche delle apparecchiature di monitoraggio per tale sistema (Punto 4, lettera b) 15. Il coordinamento del Tavolo di Lavoro è stato affidato a RSE. Restando ancora nell ambito delle misure volte ad assicurare la qualità della fornitura, ma con riflessi anche sulla gestione tecnica ed economica del sistema stesso, appare particolarmente importante conoscere come i sistemi di misura dell energia, in alta e media tensione, si comportano dal punto di vista metrologico, anche a fronte di presenza di armoniche o di eventi attinenti la power quality. L attività condotta nei periodi precedenti di Ricerca di Sistema ha permesso di sviluppare e caratterizzare in maniera completa i prototipi dei Sistema di Misura di Riferimento (SMR) utilizzabili per la verifica in campo dei trasformatori di tensione e di corrente convenzionali utilizzati nella misura dei flussi di energia nella rete di Alta Tensione, senza ricorrere all interruzione della fornitura. L attività ha visto lo sviluppo di dispositivi innovativi per consentire un inserzione in rete dei SMR rapida, efficace e poco invasiva, rendendone di fatto concretamente proponibile l uso. Le apparecchiature sviluppate, identificate ora complessivamente con l acronimo LION HV (Live and ON-Site HV calibration system) sono state sperimentate in campo con esito positivo e, sulla base dell esperienza maturata e dei risultati ottenuti è stato possibile individuare interventi evolutivi e migliorie di varia entità, volte a prevenire qualsiasi impatto sulla Rete di Trasmissione Nazionale durante il loro impiego. 15 La delibera in oggetto ha approvato contestualmente anche il Testo integrato della regolazione della qualità dei servizi di distribuzione e misura dell'energia elettrica per il periodo di regolazione (TIQE ). Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 67 di 360

68 Stato attuale delle tecnologie Per quanto riguarda gli aspetti tecnologico-realizzativi la normativa sulle linee elettriche aeree è oggetto di particolare studio e valutazione in ambito CIGRE, in stretto contatto con i comitati tecnici IEC e CENELEC, al fine di prendere in considerazione i conduttori innovativi per linee aeree, nonché la relativa morsetteria, soggetti negli ultimi anni ad un continuo e intenso sviluppo tecnologico. La ricerca internazionale, infatti, punta molto sullo sviluppo di nuove tipologie di conduttori con caratteristiche meccaniche, termiche ed elettriche superiori agli attuali, grazie all impiego di nuovi materiali, mutuati anche da altri settori applicativi. Per una completa caratterizzazione dei nuovi conduttori (anche ai fini di una loro corretta installazione sulle linee) sono però richieste prove e analisi del loro comportamento termomeccanico su campate sperimentali. Tali attività sono fondamentali per valutare l affidabilità del componente nei riguardi di fenomeni di invecchiamento e fatica, e inoltre forniscono informazioni importanti per una modellazione adeguata del componente. Un filone di attività particolarmente interessante è anche quello legato allo sviluppo di sensoristica dal costo ridotto e a limitata invasività, con la quale procedere anche da remoto alla verifica dello stato dei componenti della rete T&D. Per esempio allo stato attuale sui quadri di Media Tensione si utilizzano divisori capacitivi ai quali sono abbinati segnalatori luminosi (tipicamente lampade al neon o LED) che consentono di verificare in loco mediante ispezione visiva la presenza di tensione sulle fasi. Un limite di questi dispositivi è quello di non trasmettere a distanza il segnale ed inoltre l'indicazione fornita non consente di ricavare altre informazioni relative, ad esempio, sull'ampiezza e la fase della tensione. Anche se esistono già apparati per mezzo dei quali si ricostruisce un segnale agganciato alla fase e alla frequenza della tensione di rete, questi sono dispositivi ingombranti e a basso isolamento galvanico. Particolare interesse suscita anche la comprensione dei fenomeni alla base della fulminazione diretta e indiretta di linee elettriche di diversa tipologia, soprattutto al fine di proteggere le linee di trasmissione e di distribuzione, naturalmente sensibili alle sollecitazioni dielettriche provocate dalle scariche atmosferiche. I metodi di schermatura e di protezione adottati (conduttori di guardia e scaricatori di sovratensione) non sono infatti sempre adeguati: in particolare la maggior parte dei metodi di dimensionamento delle schermature sono basati su modelli empirici che necessitano di essere supportati da modelli analitici opportunamente validati sperimentalmente. Per la gestione del ciclo di vita dei diversi componenti della rete T&D, e per l analisi e lo studio del loro invecchiamento, diverse sono le attività di ricerca che sono state svolte o che sono tuttora in corso a livello internazionale. Possono essere qui ricordate, a semplice titolo di esempio, le attività di vari gruppi di lavoro CIGRE, del consorzio europeo SMARTLIFE e di uno specifico Implementing Agreement (ora concluso e sostituito da ISGAN) dell International Energy Agency (IEA ENARD Annex III). Relativamente al quadro delle ricerche nel settore della qualità del servizio, sono da porre in evidenza, oltre alle attività mirate a caratterizzare lo stato della rete, identificandolo con opportuni indici rappresentativi, quelle effettuate in ambito normativo europeo da CENELEC (relative alla revisione della norma EN 50160) e quelle di ricerca, svolte da alcuni gruppi di lavoro CIGRE/CIRED (JWG-C Economic Framework For Voltage Quality, e JWG-C Equipment Voltage Dip Immunity Used in Customer Installations), che hanno risposto e rispondono all esigenza di definire il punto di incontro tra le reali esigenze di qualità della fornitura da parte del cliente finale e le performance delle reti, in particolare nell ottica di un eventuale attività di regolazione. I lavori del JWG - C4.110 si sono conclusi agli inizi del 2010 e le relative attività proseguono nell ambito del WG 2 UIE Power Quality con l obiettivo principale di disseminare i risultati ottenuti dall attività svolta. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 68 di 360

69 Sempre in ambito CIGRE, si segnala l attività, specificatamente mirata ai sistemi di monitoraggio della tensione, del gruppo di lavoro C4.112 Guidelines for Power Quality monitoring - measurements locations, processing and presentation of data che ha l obiettivo di stabilire, tra l altro, linee guida per la scelta dei punti di monitoraggio e dei parametri da monitorare e le modalità di esecuzione delle misure (con particolare riferimento e interesse ai nuovi sistemi di rilevazione) e di presentazione dei risultati. Relativamente ai sistemi di monitoraggio a livello europeo si evidenzia come essi siano visti anche come uno strumento per accrescere la conoscenza oltre che sull effettivo livello di qualità della fornitura anche sulla caratterizzazione degli eventi di tensione, per poter poi fornire un valido supporto all attività in campo normativo e regolatorio. In Italia, è opportuno ricordare come, oltre al monitoraggio della qualità della tensione nelle reti in media tensione, sia attivo un sistema di monitoraggio della rete di trasmissione e sub-trasmissione in alta tensione, promosso anch esso dall Autorità, e come si stiano diffondendo iniziative promosse tipicamente dalle associazioni industriali locali volte al coinvolgimento dell industria nella realizzazione di sistemi di monitoraggio, ad esempio su base provinciale, per una valutazione della qualità della fornitura. Per quanto riguarda la regolazione della qualità della tensione in Italia, si segnala l emissione da parte dell Autorità per l energia elettrica e il gas della delibera ARG/elt 198/11 del 29 Dicembre 2011 in cui, tra l altro, l Autorità delibera per la realizzazione di un sistema nazionale di monitoraggio a carico dei Distributori (articolo 64 dell'allegato A alla deliberazione ARG/elt 198/11), mettendo le basi per una possibile rendicontazione dei buchi di tensione anche tramite opportuni indici sintetici. Per quanto riguarda i dispositivi innovativi basati sull impiego di materiali superconduttivi, si è detto in precedenza come siano di particolare interesse i limitatori della corrente di corto circuito (SFCL), diffusamente studiati in campo internazionale. Per quanto riguarda le realizzazioni, fino ad ora si contano poche installazioni di dispositivi prototipali: in Italia, come detto precedentemente, il dispositivo SFCL installato da RSE nella sottostazione A2A di S. Dionigi a Milano è il primo dispositivo di questo tipo funzionante in rete; in Europa vi sono due installazioni in rete in Gran Bretagna (un SFCL resistivo trifase in BSCCO da 12 kv e 100 A installato nel 2009 in località Bamber Bridge e un SFCL resistivo trifase in BSCCO da 12 kv e 400 A installato nel 2012 in località Ainsworth Lane), mentre in Germania vi è una sola installazione presso un impianto di generazione (un SFCL resistivo trifase in BSCCO da 12 kv e 800 A installato nel 2009 in località Boxburg con un retrofit eseguito nel 2011 e basato sull utilizzo di YBCO). L analisi di passate attività di ricerca internazionale nel campo dell utilizzo di materiali superconduttori in altri componenti elettrici quali cavi, trasformatori, generatori, motori, etc.. ha spesso evidenziato maggiori difficoltà progettuali, realizzative e gestionali e quindi un peggior bilancio costi-benefici di queste applicazioni rispetto al SFCL (almeno rispetto a quello di tipo resistivo). Queste analisi, effettuate sia nell ambito di progetti UE che in ambito IEA, non possono essere considerate definitive e devono perciò essere costantemente aggiornate in considerazione del progressivo miglioramento nelle tecniche di produzione industriale dei nastri superconduttori, che ha come conseguenza l incremento di prestazioni e affidabilità e la diminuzione dei costi, e della tendenza sempre maggiore verso lo sviluppo di dispositivi innovativi per la rete elettrica basati sull impiego delle fonti rinnovabili, come le turbine eoliche offshore, o indirizzati all ottenimento del massimo risparmio di energia, come trasformatori e cavi a perdite ridotte. In relazione alle possibilità evolutive in campo misuristico, la diffusione di apparecchiature di misura e protezione elettroniche e digitali, nonché dei protocolli di comunicazione basati su IEC crea di fatto un ambiente favorevole per la potenziale diffusione di trasformatori di misura low power (conosciuti finora come non convenzionali o elettronici ). L affiancamento delle tecnologie di nuova generazione a quelle in uso già da tempo, oltre all ampliamento delle possibilità di scelta per gli utenti, sta già apportando effetti benefici in ambito tecnico-scientifico: alcune caratteristiche potenzialmente interessanti dei trasformatori di misura low power in termini di linearità in ampiezza e in frequenza stanno infatti favorendo, a livello internazionale, una riflessione sugli ambiti di Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 69 di 360

70 impiego, sia delle nuove tecnologie sia di quelle di uso consolidato, nonché sulle potenzialità delle tecnologie convenzionali non sfruttate pienamente fino ad oggi e sulle modalità per renderne possibile la compresenza nella rete di trasmissione. Per consentire il completo sviluppo dello scenario presentato occorre però rivedere profondamente le modalità di caratterizzazione metrologica dei trasformatori di misura, dal punto di vista sia metodologico sia tecnologico, tenendo conto sia delle caratteristiche tecniche peculiari dei trasformatori di misura (uscite digitali, protocolli di comunicazione) sia delle nuove esigenze di impiego (revenue metering, power quality, sincrofasori, misure in DC). IL PROGETTO NEL TRIENNIO Obiettivo finale dell attività Il progetto si propone di predisporre metodologie e di sviluppare tecnologie atte non solo a consentire una gestione ottimale della rete elettrica ma anche a creare le premesse per futuri sviluppi, imprimendo dinamicità a un sistema caratterizzato fino a pochi anni or sono da una forte staticità. Come accade per molte attività umane, anche per quanto riguarda lo sviluppo e la gestione degli asset delle reti di trasmissione e di distribuzione si vanno proponendo con sempre maggiore forza istanze spesso in aperto contrasto tra loro: gli operatori e gli attori del Sistema Elettrico si trovano sempre più frequentemente in difficoltà nel tentativo di conciliare tra loro esigenze sempre più pressanti di economicità, di sostenibilità, di accettabilità sociale del Sistema e, al tempo stesso, di sicurezza e di continuità e di qualità della fornitura. Ad esempio uno dei condizionamenti più frequenti a cui deve far fronte chi pianifica lo sviluppo della Rete di Trasmissione Nazionale è la difficoltà nella realizzazione di nuove linee, esigenza pressante perché il sistema elettrico possa beneficiare in maniera effettiva di un assetto di generazione e di carichi in profonda evoluzione. Come accade per le città, per superare almeno in parte tali difficoltà, si ricorre a modalità di sviluppo verticali : si cerca cioè di sfruttare in modo più intensivo ed efficiente le disponibilità già esistenti: se nelle città i palazzi a dieci piani subentrano alle case di ringhiera e gli architetti più rinomati sono invitati a progettare e realizzare al posto di poli fieristici centri direzionali ospitati in grattacieli dalle forme ardite e accattivanti, le medesime metodologie sono oggi applicate alle reti elettriche di trasmissione, ricorrendo a sostegni più eleganti di quelli tradizionali, raddoppiando le linee lungo i percorsi preesistenti o facendo ricorso a soluzioni tecnologiche innovative per realizzare conduttori con caratteristiche più spinte di quelli tradizionali e utilizzarli quindi per sostituire questi ultimi. In questo ambito gli obiettivi principali del progetto possono essere identificati nel favorire una maggiore flessibilità e dinamicità della rete di trasporto a fronte dei sempre più stringenti vincoli di natura ambientale e umana, nell individuazione dei criteri da applicare perché vengano garantite istante per istante le necessarie condizioni di sicurezza per gli impianti, per i loro componenti e, ultimo ma certamente non meno importante, per tutti coloro che interagiscono con la rete, in particolare di quanti operano adottando metodologie di lavoro sotto tensione. In tutti questi casi si rende opportuno mettere a punto non solo metodologie puntuali di monitoraggio in tempo reale ma, ovunque sia possibile, elaborare modelli e strumenti predittivi che permettano di dominare il comportamento del sistema elettrico. Tali azioni di modellistica e di misura sono tanto più importanti e necessarie quanto più, grazie agli strumenti di comunicazione, di analisi e di gestione messi a punto nell ambito della cosiddetta smart grid è possibile traguardare il sistema elettrico non come un insieme scorrelato di componenti le cui modalità di gestione sono dettate da condizioni al contorno locali ma come un organismo sempre più dotato di un intelligenza centrale in grado di decidere di volta in volta il comportamento da attuare dal sistema in funzione della situazione contingente. L attenzione del progetto si focalizzerà pertanto in particolare sulle metodologie e sulle tecnologie in grado di porre le premesse per rendere concretamente attuabile una gestione dinamica, in tempo reale, della ripartizione dei flussi di energia sulle linee, in funzione delle condizioni puntuali. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 70 di 360

71 All esigenza di ottenere le migliori prestazioni possibili dalla rete esistente si affianca quella, sempre più critica, di garantire l affidabilità dei suoi componenti chiave, sviluppando metodologie e strumenti finalizzati alla diagnostica delle loro condizioni e affinandone la portata, in vista di una migliore e sempre più efficace definizione dei criteri interpretativi: è infatti auspicabile che il processo di valutazione dell insieme degli indicatori diagnostici sia sempre più oggetto di una normalizzazione, sia per rendere disponibili agli esercenti degli impianti criteri decisionali solidi sia, in prospettiva, in vista dell implementazione di tali criteri nella smart grid prossima ventura, così da consentire la valutazione on-line e off-line delle condizioni dei componenti. Obiettivo primario dell attività è pertanto lo sviluppo di metodologie e di sensoristica innovativa, per la diagnostica on-line o per il monitoraggio di componenti elettrici di rete. Lo sviluppo di tali sensori è finalizzato, sulla base della misura di uno o più parametri di volta in volta significativi, a tenere sotto controllo alcuni parametri ritenuti significativi ed indicativi delle condizioni di componenti di rete T&D nella situazione di normale esercizio e alla segnalazione del superamento di soglie di allarme, indicatrici di presenza di fenomeni di degrado o di evoluzioni potenzialmente catastrofiche; i sensori utilizzati o sviluppati appositamente a tale scopo sono di natura elettrica o, ancor più sovente, fanno riferimento a tecnologie basate su sistemi ottici Un ulteriore, importante insieme di attività è pertanto volto all approntamento di metodologie e di tecniche di monitoraggio delle condizioni di alcuni componenti chiave delle reti di trasmissione e di distribuzione (isolatori, trasformatori di potenza e di misura, cavi ) al fine di migliorare le condizioni di sicurezza intrinseca del sistema; ci si focalizzerà quindi su una delle principali cause di degrado degli isolamenti, ossia le scariche parziali, analizzandone in dettaglio i modelli di propagazione e mettendo a punto strumenti di misura innovativi. L applicazione di strumenti di modellizzazione avanzati permetterà altresì di colmare delle situazioni di vuoto normativo e di garantire in tal modo la sicurezza degli operatori chiamati a intervenire con operazioni di manutenzione sotto tensione della rete di trasmissione. La diffusione della trasmissione in corrente continua rende necessario affrontare alcune problematiche fino ad oggi di impatto più limitato: in questo caso, infatti, le sollecitazioni a cui sono sottoposti gli isolamenti sono diverse e, in alcuni casi più critiche di quanto accade per la trasmissione in corrente alternata e occorre quindi mettere a punto strumenti dedicati, per prevenire i rischi di scarica dielettrica. Un fronte che pone delle sfide considerevoli dal punto di vista tecnologico ed economico è quello della Superconduttività: le competenze sviluppate nell approntamento di un dimostratore consentiranno da un lato di realizzare un limitatore superconduttivo a basso costo in grado di proteggere efficacemente i componenti di un feeder di distribuzione, dall altro di verificare la portabilità delle metodologie e tecnologie superconduttive sviluppate a componenti di diversa natura, il cui sviluppo trova in questo momento un freno dovuto a un mix di fattori tecnologici ed economici penalizzante, a fronte di un considerevole interesse e di indubbi vantaggi. Un altro filone chiave di attività riguarda la ricerca di base e prenormativa a supporto di attività regolatorie o comunque di esigenze specifiche e pressanti in tema di misure di tensione, corrente ed energia. In questo ambito le attività si concentreranno anzitutto sulla regolazione della qualità della tensione e sul supporto dell attività regolatoria dell AEEGSI, con particolare riferimento al follow-up della seconda fase del tavolo di lavoro per il monitoraggio nazionale della qualità della fornitura in tutte le cabine primarie della rete di distribuzione ma anche alla realizzazione di strumenti per l identificazione dell origine di particolari tipologie di eventi quali i buchi di tensione o per la qualificazione delle catene di misura utilizzate. Alla tematica della qualità della tensione si affianca quella, sempre più avvertita, di garantire e, se possibile, migliorare, la qualità e l accuratezza delle misure di tensione, corrente ed energia, sia mettendo a punto gli Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 71 di 360

72 strumenti prenormativi per consentire la taratura di nuove tipologie di strumenti di misura, sia realizzando componenti innovativi, in grado di inserirsi con ripercussioni benefiche non solo in catene di misura di nuova concezione ma anche in quelle esistenti, migliorandone le prestazioni metrologiche a vantaggio di tutto il sistema elettrico. Descrizione dell attività a termine Il progetto è articolato in due linee di attività, a sua volta soddivise in sottolinee secondo il seguente schema: Linea 1: Sviluppo e gestione degli asset delle reti di Trasmissione e Distribuzione - Sottolinea 1 Gestione e sviluppo linee di trasmissione e di distribuzione in ac e DC - Sottolinea 2 Diagnostica componenti di cabina e stazione - Sottolinea 3 - Componenti di rete superconduttori Linea 2: Misure per il Sistema Elettrico e Qualità della Fornitura - Sottolinea 1 Monitoraggio e qualità della tensione - Sottolinea 2 Misure per il sistema elettrico Nel seguito, per ogni linea, si descrivono con maggiore dettaglio le attività di ricerca previste. Linea 1: Sviluppo e gestione degli asset delle reti di Trasmissione e Distribuzione La linea di attività è volta allo sviluppo di tecnologie per l incremento della flessibilità e della sicurezza delle reti di Trasmissione e Distribuzione, focalizzandosi sulle caratteristiche della struttura classica attuale ma traguardando le possibilità di evoluzione futura nel contesto della Super Grid e della Smart Grid. Gli strumenti individuati per conseguire tali obiettivi sono di svariata natura e vanno dalla proposta di modelli innovativi alla messa a punto di strumenti diagnostici per arrivare alla vera e propria realizzazione e sperimentazione in rete di componenti innovativi. Per quanto riguarda l aumento della flessibilità delle linee di trasmissione l attività si focalizzerà pertanto sulle metodologie di prova in laboratorio e sulla realizzazione definitiva di strumenti di monitoraggio in campo. Per quanto concerne invece l incremento della sicurezza delle reti di trasmissione e distribuzione, si intende concentrarsi sugli aspetti tecnologici volti alla realizzazione di nuovi strumenti, sensori, ed apparecchiature utili a prevenire l insorgere di problemi o a minimizzarne l impatto in caso di esiti catastrofici. Ci si concentrerà quindi sulla realizzazione di prototipi completi o di componenti di strumenti e apparecchiature per accelerarne quanto più possibile la verifica finale di fattibilità e l approntamento: questo nell intento di ottenere, nell arco del triennio, non solo i prodotti finiti ma anche i primi risultati derivati dall esperienza maturata nel loro utilizzo. Tra le attività più significative si annoverano la messa a punto di strumenti indicatori dello stato di contaminazione degli isolamenti per sistemi di trasmissione HVDC, di sensori per il rilievo del campo elettrico privi di influenza sulla misura stessa, di sistemi per il monitoraggio delle condizioni di componenti di diversa natura, di apparecchiature per lo studio delle modalità di propagazione delle scariche parziali e, ultimo ma non meno importante, la progettazione, la realizzazione e la sperimentazione in laboratorio di un prototipo monofase completo e dei componenti essenziali della versione trifase di un SFCL da 9 kv e 1000 A, basato su nastri superconduttori di seconda generazione a base di YBCO. Il dispositivo sarà potenzialmente in grado di proteggere, dimezzando la corrente di corto circuito, tutte e 4 le linee in partenza dal secondario del trasformatore della sottostazione A2A di S. Dionigi, laddove la prima versione del SFCL, da 9 kv e 220 A, era in grado di proteggere una sola linea. All attività di realizzazione tecnologica si accompagna quella di sviluppo di modelli e di metodologie: all arricchimento del codice MORGANA per l analisi delle modalità di propagazione della scarica su base micro e macroscopica. Ne verrà estesa la portata su base tridimensionale, per applicazioni che si estendono dalle Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 72 di 360

73 scariche parziali alla copertura di vuoti normativi per la valutazione delle condizioni di sicurezza per l esecuzione di attività di manutenzione sotto tensione. Inoltre si affiancheranno approfondimenti ed elaborazione di approcci di sintesi relativi alle metodologie diagnostiche sui componenti chiave del sistema. Alla linea 1 sono correlate le ultime attività svolte nell ambito del progetto di ricerca europeo ECCOFLOW, volto alla progettazione, realizzazione e sperimentazione nella rete europea di un limitatore di corrente superconduttivo basato su un nastro superconduttore a base di YBCO. Linea 2: Misure per il Sistema Elettrico e qualità della fornitura La linea di attività si concentra sulla messa a punto di strumenti a supporto di attività regolatorie o comunque generalmente riconducibili a tale ambito, in corso o ipotizzabili in futuro. Di grandissima importanza è anzitutto l attività svolta nell ambito della misura e della regolazione della qualità della tensione nelle reti di distribuzione svolta a supporto dell AEEGSI nell ambito del tavolo di lavoro per la realizzazione del sistema di monitoraggio nazionale; se nelle fasi di avvio dell attività il supporto si è concretizzato nella stesura delle specifiche tecnicofunzionali delle apparecchiature del sistema, ora ci si concentrerà da un lato nell assistenza all implementazione del sistema, dall altro nell individuazione e validazione di indici di valutazione e nello studio della propagazione dei disturbi tra le reti AT, MT e BT. Per quanto riguarda l importante problema della determinazione dell origine dei buchi di tensione, si cercherà, sempre sulla base dei dati ricavati dal sistema QuEEN, di individuare un data set di buchi di tensione di sicura origine MT o AT. Un altro settore di particolare rilievo è costituito dallo studio e dall implementazione di metodologie e apparecchiature di misura innovative per le grandezze elettriche nei nodi delle reti di trasmissione e distribuzione. In questo caso lo scopo finale dell attività è il miglioramento dell accuratezza delle misure di corrente, tensione ed energia nelle reti di trasmissione e distribuzione a partire dalle apparecchiature già installate in rete. Oggetto dell attività nel triennio saranno la taratura dei trasformatori di misura low power con uscita sia analogica sia digitale, lo studio per la realizzazione di un trasformatore voltmetrico basato su tecnologia ottica per la media tensione, l avvio delle attività per la realizzazione di una Stand-Alone Merging Unit dotata di funzionalità avanzate, in particolare quella di migliorare l accuratezza delle misure fornite da un trasduttore sulla base della sua caratterizzazione metrologica. Prodotti significativi previsti alla fine del triennio Linea 1 Sviluppo e gestione degli asset delle reti di trasmissione e distribuzione Elaborazione e validazione di tecniche e metodologie di prova per la valutazione del comportamento in esercizio di conduttori termoresistenti e con nucleo in composito Dispositivo per la misura della freccia di un conduttore basato su laser eye-safe (SAGLAS - Safe) Laboratorio Naturale di Prova Isolatori di linea e di stazione (LANPRIS) Analisi del comportamento a fronte dell invecchiamento e/o in ambiente aggressivo di isolatori ricoperti in RTV o in grasso siliconico Strumenti diagnostici per la valutazione del degrado dei cavi di media tensione Strumenti diagnostici per la valutazione delle condizioni dei trasformatori di potenza Indicazioni normative per l impiego di piattaforme isolate nella manutenzione sotto tensione Sensore multifibra per il rilievo del campo elettrico Sistema ottico di rilievo di furani, quali indicatori di degrado dell'isolamento dei trasformatori Realizzazione di un trasformatore di misura di tensione MT basato su tecnologia ottica Conseguimento dell operatività di ILENA (Sistema robotizzato per ispezione linee) con automazione dei processi e implementazione sistemi di misura Strumento capacitivo ad ampia banda per il rilievo delle scariche parziali Strumento ottico ad ampia banda per il rilievo delle scariche parziali Codice MORGANA per la modellistica multiscala della scarica Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 73 di 360

74 Sistema AMICO DC per il monitoraggio dell inquinamento superficiale degli isolatori DC Realizzazione di un prototipo monofase per limitatore di corrente superconduttivo da 9 kv e 1 ka Analisi modellistica per il generatore superconduttivo di una macchina eolica off-shore Linea 2 Misure per il Sistema Elettrico e la Qualità della Fornitura Sito internet MonNaLiSA per la presentazione dei dati del Sistema Nazionale di Monitoraggio della Qualità (in relazione al coordinamento del tavolo di lavoro sul monitoraggio nazionale cui partecipano le aziende di Distribuzione e l operatore di Trasmissione) Metodologia per l individuazione dell origine in rete dei buchi di tensione Sistemi di Misura di Riferimento e procedure per la caratterizzazione metrologica del comportamento di trasformatori di tensione induttivi a fronte di armoniche ed eventi di Power Quality Sistemi di Misura di Riferimento e procedure per la caratterizzazione metrologica di trasformatori di misura low power. Coordinamento con attività di ENEA e CNR Sulle tematiche oggetto del presente progetto non sono previste attività da parte di altri affidatari, e quindi non sono necessarie attività di coordinamento. Benefici previsti per gli utenti del sistema elettrico nazionale dall esecuzione delle attività Le attività di ricerca svolte nell ambito del presente progetto intendono contribuire alle esigenze di sviluppo ed evoluzione del sistema T&D, con risposte applicative concrete, ed è per questa ragione che esse verranno sviluppate, ove possibile, in stretta collaborazione con utilities della Trasmissione e della Distribuzione, portatrici dirette di istanze e indirizzi operativi. La definizione e ottimizzazione di metodologie diagnostiche di componenti delle reti di Trasmissione e Distribuzione e di soluzioni tecnologiche evolutive possono avere ricadute positive per tutti gli utenti del sistema elettrico nazionale, permettendo in prospettiva di utilizzare il sistema con la massima efficienza possibile, aumentando la sicurezza dell approvvigionamento e minimizzando i rischi di carenza della fornitura o di una sua interruzione, e quindi l impatto socio-economico dei disservizi. Infine l attività di supporto scientifico all Autorità per l Energia Elettrica ed il Gas sarà di diretto ausilio all attività regolatoria svolta da quest ultima, e quindi contribuirà, indirettamente, all ottenimento dei benefici per gli utenti, che sono premessa e finalità dell azione regolatoria stessa. PIANIFICAZIONE ANNUALE DELLE ATTIVITA Elenco degli obiettivi relativi all annualità 2014 Linea 1- Sviluppo e gestione degli asset delle reti di Trasmissione e Distribuzione Sottolinea 1 Gestione e sviluppo linee di trasmissione e distribuzione in AC e DC La sottolinea di ricerca vede tra i suoi obiettivi lo sviluppo di metodologie e strumenti per aumentare la flessibilità della rete di trasmissione e di distribuzione. Un importante filone di attività nell arco del triennio Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 74 di 360

75 è stato pertanto volto allo studio e alla caratterizzazione del comportamento di conduttori innovativi ad alta temperatura e bassa freccia (High Temperature, Low Sag), con particolare riferimento a quelli con nucleo in materiale composito. La collaborazione con TERNA Italia S.p.A. e con diversi costruttori di conduttori e di morsetteria ha permesso: - di disporre di un riscontro applicativo concreto per metodologie, modelli, procedure, sistemi di rilievo messi a punto in laboratorio, - di disporre di un solido feed-back da parte di chi conosce in approfonditamente le tecnologie adottate e le modalità e le esigenze di esercizio - e, infine, di operare un trasferimento diretto delle competenze acquisite agli operatori del settore. I risultati della sperimentazione sono stati determinanti per la revisione delle modalità attualmente utilizzate per la caratterizzazione di conduttori con nuclei di materiale composito e per rendere disponibili metodologie e procedure di prova significative e consolidate in vista dell estensione dell impiego di questa tipologia di conduttori su linee 400 kv e, in prospettiva, saranno utilizzate come contributo prenormativo nell ambito dell attività dei gruppi di lavoro CIGRE e IEC in costituzione. Sempre per quanto riguarda le linee, nell ottica di mettere a disposizione un set completo di strumenti di gestione, agli strumenti predittivi sono stati affiancati metodologie e strumenti di rilievo in tempo reale delle condizioni effettive dei conduttori: in particolare, nel presente PAR il prototipo da campo di apparecchiatura per il rilievo della freccia denominata SAGLAS-SAFE, basata appunto su un laser eye-safe sarà finalizzato dotandolo di un opportuno involucro per ripararlo dagli agenti atmosferici e sarà sperimentato in campo: l obiettivo perseguito è quello di svincolare le operazioni di misura da onerose procedure autorizzative e permetterne così l esecuzione continuativa e non presidiata ovunque e in qualunque momento sia necessario. L adozione combinata di metodologie predittive e diagnostiche, intrinseche ed estrinseche, offre una visuale molto ampia sul comportamento reale e sulle opportunità concrete offerte da tali tipologie innovative di conduttori: una visione davvero completa dovrebbe però comprendere la possibilità di integrare tali già di per sé pregevoli risultati con indicazioni provenienti dall integrazione da modelli e previsioni meteo, permettendo così di ottimizzare in tempo reale la ripartizione dei flussi di potenza, anche se gli strumenti disponibili sino a oggi non sono stati considerati soddisfacenti per un implementazione credibile di metodologie di Dynamic Load Rating, a causa dell impossibilità di prevedere con sufficiente accuratezza direzione e intensità del vento nelle varie zone di interesse per la linea. Nel corso delle attività di Ricerca di Sistema è stata sviluppata un ampia indagine, con robusti contenuti sperimentali, sia in laboratorio sia in campo, finalizzata alla valutazione delle condizioni degli isolatori di linea e di stazione a fronte di problematiche superficiali (polluzione) o interne (presenza di difetti), attività di particolare importanza per le possibili ripercussioni sulla sicurezza del sistema elettrico e su quella degli operatori impegnati a svolgere attività di manutenzione sotto tensione. Consolidati i risultati ottenuti nell ambito del monitoraggio del livello di contaminazione superficiale su isolatori di linea e di stazione, mediante la raccolta dati effettuata con le centraline AMICO II installate in sottostazioni TERNA, ci si concentrerà quindi sull analisi dei dati ricavati, in preparazione all aggiornamento della mappa dell inquinamento italiano. Tale attività è tanto più essenziale in quanto la nuova edizione della norma IEC prevede la misura sia del contaminante solubile sia di quello non solubile, finora non contemplato, per il quale sono state messe a punto nei periodi di riferimento precedenti specifiche modalità di misura in laboratorio. Le attività di ricerca sulle condizioni degli isolatori si focalizzeranno inoltre sull efficacia delle differenti soluzioni di rivestimento, ovvero vulcanizzato a temperatura ambiente (Room Temperature Vulcanized o RTV e grassi siliconici), utilizzate per prolungare la vita utile degli isolatori portanti già installati, cercando di estendere ed adattare le metodologie e le apparecchiature in corso di sperimentazione in stazione al caso delle linee. A tale scopo, saranno effettuate la rilevazione e l analisi delle correnti superficiali su isolatori portanti di stazione in presenza di coperture con RTV e grassi siliconici. Sarà inoltre appositamente approntata e installata su una linea 132 kv una nuova e più compatta versione del sistema di monitoraggio della corrente di fuga degli isolatori (Insulator Leakage Current Monitoring System, ILCMS) per rilevare le prestazioni nel tempo di differenti soluzioni di isolatori con rivestimenti in RTV per mezzo del rilievo delle relative correnti di fuga. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 75 di 360

76 Per quanto riguarda invece la messa a punto di nuove metodologie diagnostiche sugli isolatori veri e propri, proseguirà la sperimentazione del nuovo protocollo di prova per la caratterizzazione di isolatori compositi prelevati dall esercizio, messi a disposizione da TERNA. Per validare l applicabilità della metodologia a un ampio spettro di situazioni, le prove saranno condotte su isolatori di diversi costruttori, realizzati per differenti livelli di tensione. Un ulteriore ricaduta delle attività svolte in collaborazione con TERNA e RTE a Martigues è la realizzazione di un Laboratorio Naturale di Prova Isolatori di linea e stazione, denominato LANPRIS, finalizzato alla sperimentazione e all invecchiamento di isolatori polimerici: terminata nei precedenti periodi di riferimento la verifica in laboratorio dei sistemi di acquisizione, elaborazione e trasmissione dati, il dispositivo verrà allestito in Sardegna, nella stazione Terna di Porto Scuso, una volta ottenute le necessarie autorizzazioni di carattere ambientale da parte degli enti competenti. Le attività di ricerca sin qui illustrate si riferiscono alla trasmissione e distribuzione in corrente alternata: tuttavia si prevede, nell immediato futuro, una forte diffusione della trasmissione in continua e anche in tale campo verrà garantito un adeguato presidio; procedendo per analogia con le tematiche affrontate nell ambito della trasmissione in alternata, un primo risultato di rilievo sarà costituito dall approntamento e dalla messa a punto in laboratorio del prototipo di centralina compatta AMICO DC, per il monitoraggio dell inquinamento degli isolamenti di linee di alta tensione in DC. In parallelo, si intende mettere a punto un protocollo di prove di laboratorio su isolatori per linee HVDC (con particolare riferimento ad isolamenti polimerici) per valutarne dimensionamento e resistenza a fenomeni di invecchiamento. Ulteriori attività nell ambito della Trasmissione in DC sono legate alla valutazione delle correnti ioniche associate alle linee HVDC. L attività prevede una personalizzazione del software MORGANA per la simulazione di fenomeni di scarica, l elaborazione di un modello e la sua validazione per mezzo di misure correlate di fenomeni di pre-scarica su conduttori in laboratorio. Un altro componente particolarmente critico dal punto di vista diagnostico è costituito dai cavi MT; si intende in particolare finalizzare l attività di messa a punto di indicatori diagnostici sulla base dei risultati delle misure eseguite in campo e in laboratorio nel corso dei precedenti periodi di riferimento su spezzoni prelevati dall esercizio, in collaborazione con ACEA S.p.A.; si cercherà inoltre di integrare e validare le informazioni già acquisite estendendo la collaborazione a un ulteriore DSO, A2A, per rendere disponibili, nei futuri periodi di riferimento, opportuni tool internet volti alla diffusione e all applicazione su vasta scala dei criteri individuati. In particolare, si intende finalizzare il confronto e l integrazione tra le metodologie di analisi tradizionali (misura delle scariche parziali, tgδ ) e quelle tradizionalmente applicate ad altri componenti del sistema elettrico (sistemi FDS 16, PDC 17, Dirana 18 ) per ottenere per queste ultime algoritmi interpretativi e indici direttamente riferibili ai cavi, dal momento che quelli attualmente disponibili si riferiscono ai trasformatori di potenza. In particolare, l attività prevista nel presente periodo di riferimento contempla la finalizzazione della procedura diagnostica in campo e dei modelli interpretativi dei fenomeni, la diffusione di tali informazioni al personale operativo con sperimentazioni congiunte, sia presso i laboratori RSE sia in campo. Al filone di ricerca relativo alla messa a punto di strumenti e indicatori diagnostici volti ad assicurare la sicurezza intrinseca del sistema elettrico si affianca quello, non meno importante, finalizzato ad assicurare la sicurezza degli operatori che svolgono attività di manutenzione sotto tensione e a migliorarne le condizioni di lavoro per mezzo della messa a punto di nuovi strumenti. In quest ambito le attività saranno svolte in stretta collaborazione con Terna assicurando così la possibilità di una validazione e di una possibilità di applicazione concreta, tanto più preziose dal momento che la promulgazione del Testo Unico sulla Sicurezza ha di fatto liberalizzato il settore. 16 Frequency Domain Spectroscopy 17 Polarization Depolarization Current 18 Strumento della società OMICRON Electronics GmbH (Austria), che utilizza sia la tecnica FDS che PDC. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 76 di 360

77 Si prevede a tale scopo di completare la realizzazione del sistema di misura per il rilievo del profilo del campo elettrico degli isolatori basato su sensore multifibra a cristalli fotonici inglobandolo in spezzoni di aste isolanti normalmente utilizzate nell ambito di lavori sotto tensione e di sperimentarlo in laboratorio con riferimento sia alle prestazioni di misura sia alle caratteristiche ergonomiche. Sempre nell ambito delle attività di ricerca e sviluppo volte alla manutenzione sotto tensione, questa volta condotta per mezzo di dispositivi robotizzati, s intende finalizzare le capacità di operare in autonomia del robot ILENA, dotandolo di un sistema intelligente di gestione dei motori, in grado di controllare in modo autonomo il superamento dei differenti elementi di morsetteria presenti sulle linee di alta tensione italiane. Sottolinea 2 Diagnostica componenti di cabina e stazione All esigenza di ottenere le migliori prestazioni possibili dalla rete esistente si affianca quella, sempre più critica, di garantire l affidabilità dei suoi componenti chiave, sviluppando metodologie e strumenti finalizzati alla diagnostica delle loro condizioni e affinandone la portata, in vista di una migliore e sempre più efficace definizione dei criteri interpretativi. Obiettivo primario dell attività è pertanto lo sviluppo di metodologie e di sensoristica innovativa, per la diagnostica on-line o per il monitoraggio di componenti elettrici di rete; l adozione di tecnologia ottica, a fibra ottica e sistemi Micro Electro-Optical-Mechanical System (MEOMS), basati su lavorazioni micro meccaniche elettriche e ottiche, presenta il vantaggio di realizzare dispositivi dal costo relativamente contenuto, sicuri sia dal punto di vista dell operatività del componente in esercizio, sia da quello della compatibilità ambientale. Tenendo conto che si tratta di sensori adatti ad operare sul componente in servizio, quindi soggetto a sua volta a influenze o a disturbi che possono derivare dalla connessione in rete, si propone un approccio diagnostico globale: nello sviluppo di tali sensori e metodologie, pur pregevoli già di per sé a livello individuale, si terrà anche conto della possibilità di una eventuale futura integrazione su un unica piattaforma di misura, adatta a monitorare i diversi parametri del componente in servizio. I componenti su cui saranno particolarmente indirizzate le attività saranno i trasformatori di potenza e i cavi di media tensione. Per quanto riguarda la diagnostica in linea dei trasformatori isolati in olio, proseguirà, in collaborazione con SORGENIA S.p.A., la sperimentazione in campo del prototipo di sensore ottico distribuito per misure di vibrazioni, per verificarne le prestazioni su medio-lungo periodo; all acquisizione dei dati di esercizio si affiancherà un attività di analisi al fine di individuare correlazioni tra il comportamento dinamico del trasformatore e le diverse condizioni di esercizio. Allo studio delle vibrazioni nei trasformatori si affiancherà quello di metodologie innovative per l implementazione di sensori a basso costo per il controllo in linea del degrado del sistema isolante (furani): si intende proseguire l attività di sviluppo e di validazione in laboratorio della metodologia plasmonica proposta, in collaborazione con l Università di Napoli, per la rivelazione in olio di marker per il degrado della carta in olio minerale. Si intende implementare la tecnica in un prototipo ottico a basso costo con caratteristiche di elevate sensibilità e immunità agli interferenti chimici e ambientali. La fase di validazione in laboratorio prevede prove preliminari su campioni di olio prelevati da componenti elettrici eserciti, nei quali sono presenti anche situazioni di degrado dell isolamento carta-olio e un confronto con i risultati dell analisi gascromatografica. La validazione della tecnica plasmonica sarà condotta per mezzo del confronto dei risultati della caratterizzazione dei campioni prelevati con quelli ottenuti per mezzo di tecniche alternative, in particolare quelle gascromatografiche. In parallelo e, ove possibile, in sinergia, le attività riguardanti i trasformatori di potenza saranno completate, in collaborazione con TERNA Italia S.p.A., grazie allo studio di tecniche di misura non invasive per la stima della umidità della carta impiegata nei sistemi isolanti carta-olio dei trasformatori di potenza, utilizzando a tale scopo la stazione di prova per l invecchiamento accelerato di provini opportunamente predisposta nel precedente periodo di riferimento: la conoscenza del contenuto di umidità del sistema isolante carta-olio e il livello di conducibilità dell olio hanno infatti un ruolo strategico sia nella previsione dei guasti sia nella programmazione delle manutenzioni, per allungare il più possibile il tempo di servizio della macchina. L informazione diagnostica ottenibile si basa fondamentalmente sull analisi delle variazioni delle curve di risposta delle Correnti di Polarizzazione e Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 77 di 360

78 Depolarizzazione (PDC) e della Spettroscopia in Frequenza (FDS) rispetto a curve modellizzate all interno degli strumenti. Ultima, ma non meno importante, tra i vari metodi di valutazione delle condizioni dei trasformatori, in particolare in presenza di anomalie o a valle di guasti, l analisi della risposta in frequenza (Sweep Frequency Analysis o SFRA) ha riscosso sempre maggior favore: si tratta di una metodologia non invasiva, in grado di fornire indicazioni sulla presenza e sull entità e sull ubicazione di varie tipologie di danneggiamenti. Si ravvisano tuttavia, con particolare riferimento ai criteri di valutazione dei risultati della SFRA, due esigenze: le attuali modalità di valutazione si basano su fattori empirici, ovvero sulle risultanze di ispezioni condotte sulla macchina danneggiata, e su una conseguente validazione a posteriori delle variazioni intervenute sulle curve. Non sono inoltre disponibili informazioni quantitative riguardanti una correlazione tra le entità di variazione delle curve e la gravità dei danni occorsi, così da rendere applicabili dei criteri decisionali. Per dare un contributo fattivo saranno pertanto approfonditi alcuni aspetti modellistici dei trasformatori. Le attività sviluppate nel corso dei precedenti periodi di riferimento così come le nuove informazioni acquisite potranno pertanto trovare un efficace diffusione sia in forma diretta sia nell ambito del costituendo Working Group CIGRE che avrà il compito di approntare una guida all interpretazione dei risultati della SFRA, trovando così un adeguato coronamento. Sempre per quanto concerne la sensoristica ottica, con riferimento sia a funzionalità diagnostiche sia, in prospettiva alla loro estensione ad aspetti di misura, sulla base delle specifiche di progetto definite nel periodo di riferimento precedente si procederà all assemblaggio e alla verifica delle prestazioni ottiche del prototipo di sensore per il controllo in linea della tensione di fase dei componenti elettrici di Media Tensione: in questa fase si intende in particolare ottimizzare il layout del sensore, avvalendosi sia di strumenti di simulazione sia di verifiche in laboratorio e tenendo conto anche degli effetti dovuti alle proprietà fisiche dell elemento sensore quali, per esempio, ferroelettricità e piroelettricità; una volta approntato, il sensore sarà sperimentato in laboratorio per verificarne la funzionalità anche per quanto riguarda gli aspetti di misura: rispetto alle soluzioni disponibili in commercio tradizionalmente basate su divisori resistivi, un sensore siffatto dovrebbe affiancare alle prevedibili migliori prestazioni in termini di linearità in ampiezza e in frequenza una maggiore sicurezza nell utilizzo, garantendo la separazione galvanica tra ingresso e uscita. Ultimo ma di particolare interesse, data la novità dell approccio, la trasversalità dell argomento e i potenziali risvolti applicativi, l attività di modellistica delle scariche parziali e delle loro modalità di propagazione proseguirà per ottenere una prima validazione del metodo proposto: in particolare, sarà messa a punto una versione preliminare del modello in aria, al fine di verificarne l efficacia in previsione della successiva estensione ai materiali polimerici; si integrerà pertanto il codice MORGANA per mezzo dello sviluppo di un nuovo modello chimico di degenerazione dei polimeri. Il periodo di riferimento vedrà quindi sia la sperimentazione in laboratorio dell apparecchiatura di misura basata su sistema di acquisizione Field- Programmable Gate Array (FPGA) ad altissima frequenza di campionamento abbinata alla sonda capacitiva a 5 punti di misura realizzata nel corso del precedente periodi di riferimento sia la realizzazione del prototipo di una sonda ottica, in linea di principio in grado di rilevare il fenomeno con ancora maggiore velocità. Sottolinea 3 - Componenti di rete superconduttori Un ultimo filone di attività, non per questo meno importante, è costituito dalla realizzazione non solo di modelli o di strumenti di misura o di monitoraggio ma di veri e propri componenti innovativi per il sistema elettrico. La realizzazione di un limitatore di corrente superconduttivo (Superconductive Fault Current Limiter, SFCL) per reti MT 9kV/220 A e l avvio della sua sperimentazione in campo sono state tra i risultati più eclatanti dei passati periodi di riferimento: si prevede ora, accanto alla conclusione della sperimentazione di tale apparecchiatura e al definitivo accertamento di fattibilità, di completare la progettazione, la realizzazione e la sperimentazione in laboratorio di un prototipo monofase completo di un SFCL di taglia incrementata, 9 kv e 1000 A. Il dispositivo sarà quindi potenzialmente in grado di proteggere, dimezzando la corrente di corto circuito, tutte le linee in partenza dal secondario del trasformatore della sottostazione A2A di S. Dionigi che ha ospitato la prima versione del SFCL da 220 A a protezione di una sola linea. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 78 di 360

79 Saranno in particolare condotte attività specifiche per valutare la possibilità di utilizzare nastri superconduttori di seconda generazione (YBCO coated conductor). Questo infatti, pur richiedendo la soluzione di alcune problematiche tecnologiche tipiche dell YBCO, consentirebbe di ridurre drasticamente sia la quantità di nastro superconduttore da utilizzare sia la potenza refrigerante richiesta dal dispositivo SFCL, e di diminuirne notevolmente i costi di realizzazione e di esercizio. Ulteriori attività di modellizzazione e di caratterizzazione saranno condotte allo scopo di ottenere informazioni su alcune problematiche da definire a monte della realizzazione del SFCL, con particolare riferimento alla valutazione dei limiti di stabilità termica e di integrità meccanica dei nastri al variare dei sistemi di inglobamento del nastro sul supporto, ai valori limite di temperatura per il dimensionamento del SFCL, all effetto dell inglobamento eseguito sugli avvolgimenti dei prototipi, alle temperature finali del nastro superconduttore a valle di eventi di cortocircuito, alle curve campo elettrico-corrente-temperatura, alla rappresentazione modellistica dei fenomeni di isteresi elettromagnetica, all elevata disuniformità, sia nella sezione sia lungo il nastro, dei valori di corrente critica dei nastri 2G a base di YBCO. Si prevede inoltre di concludere la sperimentazione in campo del prototipo trifase di limitatore di corrente a superconduttore (SFCL) per reti MT 9 kv/220 A menzionato più sopra. L attività prevede la verifica finale della funzionalità del prototipo di SFCL attualmente installato presso la sottostazione di A2A Reti Elettriche Milano S. Dionigi ; tale verifica sarà condotta, per quanto riguarda le condizioni di normale esercizio, sia per mezzo dell analisi dei dati del monitoraggio continuo a cui l apparecchiatura è sottoposta sia per mezzo di prove puntuali mirate ad analizzare lo stato degli avvolgimenti SAT del SFCL confrontandolo con la caratterizzazione effettuata appena prima della installazione in campo. Per quanto riguarda invece la verifica delle funzionalità del SFCL in condizioni di guasto, ossia della sua efficacia a fronte di un evento di cortocircuito, qualora questa condizione non si verificasse naturalmente, a conclusione della sperimentazione sarà provocata, in collaborazione con A2A, generando appositamente un evento di corto circuito reale in rete. La prova verrà ovviamente condotta predisponendo la rete in sicurezza, evitando così qualsiasi impatto sugli utenti. La sperimentazione permetterà in particolare di valutare la capacità limitante del dispositivo e i tempi di recupero della temperatura nominale. Sulla base dei risultati ottenuti si individuerà la soluzione più promettente per procedere alla progettazione del dispositivo e alla realizzazione di una prima fase completa del SFCL: questa sarà sottoposta a prove di tenuta alla corrente dinamica di cortocircuito per convalidare le scelte progettuali ed esecutive prima di procedere al completamento del dispositivo. Si segnala anche che, in concomitanza con il presente periodo di riferimento, si concluderà il Progetto Europeo ECCOFLOW e i relativi risultati saranno analizzati in vista della realizzazione del nuovo dispositivo. Oltre ad un aggiornamento sugli studi di scenario riguardanti l installazione nelle reti reali di componenti basati su tecnologia a superconduttore, con particolare riferimento a SFCL, tratti di cavo superconduttore, accumulo superconduttivo, componenti superconduttivi per trasformatori, proseguiranno le attività tese alla individuazione e allo sviluppo di criteri e metodi di progettazione ottimizzata per generatori superconduttivi per macchine eoliche off-shore. Lo scopo è quello di determinare: - i criteri di dimensionamento generali e metodi analitici per la determinazione della configurazione elettromagnetica di base della macchina su layout semplificati - i metodi di simulazione numerica idonei a rappresentare i fenomeni elettromagnetici dovuti all impiego di materiali SAT in macchine elettriche di questo tipo ed la loro applicazione I metodi di calcolo analitico e numerico sviluppati saranno applicati per valutare l impatto dei diversi parametri geometrici e dei diversi materiali nella determinazione della configurazione elettromagnetica ottimale della macchina e sarà finalizzato il dimensionamento preliminare di un generatore superconduttivo di una macchina eolica off-shore di taglia significativa. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 79 di 360

80 Risultati e grado di realizzazione del prodotto triennale Prodotto triennale Elaborazione e validazione di tecniche e metodologie di prova per la valutazione del comportamento in esercizio di conduttori termoresistenti e con nucleo in composito Dispositivo per la misura della freccia di un conduttore basato su laser eye-safe (SAGLAS - Safe) Laboratorio Naturale di Prova Isolatori di linea e di stazione (LANPRIS) Analisi del comportamento a fronte dell invecchiamento in ambiente aggressivo di isolatori ricoperti in RTV o in grasso siliconico Strumenti diagnostici per la valutazione del degrado dei cavi di media tensione Strumenti diagnostici per la valutazione delle condizioni dei trasformatori di potenza Avanzamento ottenuto con le attività dei PAR 2012 e 2013 Installazione sperimentale di conduttore composito con nucleo contenenti fibre di carbonio (linea 132 kv- Passo S. Pellegrino) Caratterizzazione in laboratorio di conduttori innovativi termoresistenti a bassa freccia Rimozione dal servizio del conduttore composito con nucleo contenenti fibre di carbonio e caratterizzazione in laboratorio dei campioni rimossi Caratterizzazione di conduttore con nucleo in carbonio con dimensioni maggiori Prove di creep su conduttori termoresistenti a bassa freccia Progetto del sistema SAGLAS-Safe e approntamento di un primo prototipo per la sperimentazione in laboratorio Finalizzazione della realizzazione e sperimentazione del prototipo Progettazione del laboratorio, dei relativi sistemi di acquisizione e acquisto dei componenti Verifica dei componenti in laboratorio Installazione del sistema di monitoraggio per isolatori portanti di stazione e avvio della raccolta dati Sperimentazioni e raccolta dati su campioni prelevati dall esercizio Completamento attività di sperimentazione e conclusione dell analisi dei dati Sperimentazioni e raccolta dati su campioni prelevati dall esercizio Completamento attività di Attività previste nel PAR 2014 Analisi conclusiva delle attività condotte e stato dell arte dello sviluppo di conduttori innovativi per linee aeree Completamento del prototipo per sperimentazione in campo Raccolta dati e interventi di mitigazione disturbi sui segnali del sistema di monitoraggio per isolatori portanti di stazione. Installazione del sistema di monitoraggio e avvio della raccolta dati relativo a isolatori cappa e perno di linea ricoperti in RTV (totalmente e parzialmente) Finalizzazione della procedura diagnostica in campo e dei modelli interpretativi dei fenomeni Avvio delle prove di invecchiamento accelerato su differenti geometrie di campioni Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 80 di 360

81 Prodotto triennale Indicazioni normative per l impiego di piattaforme isolate nella manutenzione sotto tensione Sensore multifibra per il rilievo del campo elettrico Sistema ottico di rilievo di furani, quali indicatori di degrado dell'isolamento dei trasformatori Realizzazione di un trasformatore di misura di tensione MT basato su tecnologia ottica Conseguimento piena operatività ILENA (Sistema robotizzato per ispezione linee) con automazione dei processi e implementazione sistemi di misura Strumento capacitivo ad ampia banda per il rilievo delle scariche parziali Strumento ottico ad ampia banda per il rilievo delle scariche parziali Codice MORGANA per la modellistica multiscala della scarica Sistema AMICO DC per il monitoraggio dell inquinamento superficiale degli isolatori DC Avanzamento ottenuto con le attività dei PAR 2012 e 2013 sperimentazione e conclusione dell analisi dei dati Sperimentazione in laboratorio su cestello reale Approntamento di modello e sperimentazioni in laboratorio su un modello in scala reale a fini di validazione e conclusione dell attività Modalità di realizzazione delle giunzioni e approntamento di un prototipo a fini di caratterizzazione Realizzazione del prototipo da campo Studi e sperimentazioni preliminari Studio di fattibilità Progettazione e realizzazione del nuovo sistema di gestione degli attuatori lineari, del motore di trazione e del sistema di ricarica Implementazione di un sistema di misura della resistenza dei giunti lungo le linee AT Realizzazione di prototipo di sensore capacitivo ad ampia banda Realizzazione del sistema di misura completo Progettazione del sensore ottico Implementazione degli algoritmi di caricamento delle geometrie di calcolo e della gestione dei campi ad elementi finiti. Implementazione degli algoritmi di assemblaggio delle matrici ad elementi finiti e dei vettori dei termini noti. Implementazione dei solutori 3D Realizzazione dei componenti e relativa sperimentazione in laboratorio Attività previste nel PAR 2014 rappresentati isolamenti carta-olio dei trasformatori Attività completata nel 2013 Completamento, sperimentazione e caratterizzazione del prototipo da campo Mock-up e sperimentazione in laboratorio Mock-up e sperimentazione in laboratorio Implementazione di sensori e sistema di controllo per il superamento in autonomia di ostacoli ed elementi di morsetteria Caratterizzazione e sperimentazione in laboratorio Realizzazione e prime sperimentazioni in laboratorio Integrazione del codice con lo sviluppo di un nuovo modello chimico di degenerazione dei polimeri Assemblaggio finale del dispositivo, verifiche in laboratorio e prima sperimentazione in campo Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 81 di 360

82 Prodotto triennale Realizzazione di prototipo monofase un SFCL da 9 kv e 1 Ka Analisi modellistica per il generatore superconduttivo di una macchina eolica off-shore Avanzamento ottenuto con le attività dei PAR 2012 e 2013 Calibrazione in laboratorio del sistema di misura, progettazione e realizzazione della struttura completa. Attività di studio e modellistica, progettazione, realizzazione, sperimentazione di prototipi preliminari di SFCL da 1 ka a tensione ridotta, analisi dati relativi al prototipo SFCL da 220 A installato nella sottostazione A2A di S. Dionigi Analisi bibliografica dei progetti in corso a livello internazionale Analisi preliminari sulle metodiche di progettazione Attività previste nel PAR 2014 Progettazione e realizzazione di un prototipo monofasedi SFCL da 9 kv e 1000 A e sperimentazione completa in laboratorio. Criteri di dimensionamento e metodi per la determinazione della configurazione elettromagnetica di base della macchina Principali collaborazioni scientifiche Università / Consulente Oggetto Eventuali note integrative sul contributo della collaborazione al raggiungimento degli obiettivi di progetto Politecnico di Milano, Dipartimento di Chimica industriale Università degli Studi di Milano Seconda Università degli Studi di Napoli-Dipartimento di ingegneria industriale e informazione Università di Pavia Dip. Chimica Dr. Natale Pistoni Borsa per dottorato di ricerca sulla modellazione del comportamento di materiali polimerici e gas per l interpretazione e la previsione di fenomeni di scarica in materiali dielettrici Consulenza per la realizzazione di un sensore ottico prototipo Collaborazione nella realizzazione del sensore, progettato in RSE, per la misura ultraveloce di scariche parziali Studio e sviluppo di metodologie innovative per la diagnostica di trasformatori di Potenza Completamento dello sviluppo del prototipo per misure di composti furanici in olio isolante di trasformatori di potenza Metodologia di rilevamento dei furani Analisi di fattibilità di dispositivi per la diagnostica on line di componenti elettrici di Contratto di ricerca Contratto di ricerca Collaborazione non onerosa Incarico professionale Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 82 di 360

83 Skytechnology rete Completamento dello sviluppo del prototipo di sensore ottico di tensione MT Sperimentazione, caratterizzazione e ottimizzazione del sensore di campo elettrico multifibra a cristalli fotonici Incarico di studio Durata delle attività Marzo 2014 Febbraio 2015 Linea 2 Misure per il Sistema Elettrico e la Qualità della Fornitura Sottolinea 1 Monitoraggio e qualità della tensione L obiettivo della presente sottolinea è costituito dal monitoraggio, condotto anche sulla base di indici, delle prestazioni della rete di media tensione; tale azione è a supporto del monitoraggio nazionale in fase di realizzazione in base alla delibera dell Autorità per l Energia Elettrica, il Gas e il Sistema Idrico ARG/elt/198/11, quale primo passo verso una possibile regolazione dei buchi di tensione. Tale obiettivo presuppone la prosecuzione dell attività di monitoraggio della qualità della tensione e tutte le attività di elaborazione e analisi dei dati acquisiti che possano risultare di supporto tecnico scientifico alla realizzazione del nuovo sistema nazionale e al suo futuro possibile sviluppo. Di particolare rilievo saranno pertanto, in tale contesto, le azioni a supporto del Tavolo di lavoro istituito dalla stessa AEEGSI, a partire dal coordinamento stesso del tavolo e dalle analisi ed elaborazioni a campione, di natura prettamente statistica, dei dati raccolti nell arco del 2013, per verificare l efficacia del metodo di individuazione dell origine dei buchi di tensione che era stato condiviso dal Tavolo nella prima fase delle attività. Sarà inoltre messo a punto il sistema di rendicontazione del monitoraggio nazionale (buchi di tensione), la cui interfaccia verso l esterno sarà realizzata tramite la specifica funzionale e la successiva implementazione di un apposito sito web, denominato MonNaLiSA (Monitoraggio Nazionale a Livello di Stazioni AT/MT). Il supporto per confronto al sistema di monitoraggio nazionale sarà fornito anche grazie all elaborazione e all analisi dei dati del sistema di monitoraggio QuEEN, che rimane comunque rappresentativo di un numero non trascurabile di semisbarre MT di cabina primaria e che fornisce comunque i dati completi relativi agli eventi registrati (sequenze RMS, forme d onda), che non sono invece trattati da MonNaLiSA. Le analisi condotte col sistema QuEEN riguarderanno in particolare la valutazione, basata su indici, delle prestazioni della rete MT ai buchi di tensione, lo studio della propagazione dei disturbi tra le reti AT, MT e BT, prestando particolare attenzione alla valutazione statistica del trasferimento dei buchi di tensione dalla rete MT a quella BT. A tale scopo, in collaborazione con A2A, sarà implementato e installato su alcune apparecchiature di misura, a valle dell opportuna validazione in laboratorio, un nuovo firmware, in grado di acquisire forme d onda complete associate agli eventi di power quality e di permettere quindi in prospettiva l applicazione e la valutazione di procedure automatiche di riconoscimento degli eventi di PQ. Questo comporterà l implementazione dell archivio di forme d onda da usare per la messa a punto delle procedure in oggetto, basato su una campagna di misura per la cattura sul campo di forme d onda complete associate a eventi di diversa origine e la realizzazione di software per la valutazione delle potenzialità delle diverse metodologie di analisi fuori linea delle forme d onda già archiviate. Tutti i risultati ottenuti in questi anni in ambito RdS fuori linea relativamente alla valutazione tramite indici delle performance delle reti ai buchi di tensione e alla valutazione della loro origine saranno resi disponibili in forma sintetica in una versione aggiornata del sito QuEEN (http://queen.rse-web.it). Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 83 di 360

84 Sottolinea 2 Misure per il sistema elettrico Sempre con riferimento alle misure di qualità della tensione, in collaborazione con il Politecnico di Milano si intende procedere nella verifica della portabilità delle soluzioni individuate per la realizzazione di un Sistema di Misura di Riferimento a basso costo per la caratterizzazione del comportamento dei trasformatori induttivi a fronte di armoniche e altri eventi di Power Quality e nell individuazione, a livello prenormativo, di possibili criteri o classi di riferimento: questo permetterebbe ai Costruttori di trasformatori di misura di implementare delle test facilities a partire dalle attrezzature già disponibili e di fornire una caratterizzazione preliminare dei loro prodotti anche a fronte di tale tipologia di impiego. Per quanto riguarda, infine, le metodologie di verifica di taratura in sito, senza impatto sull esercizio degli impianti, messe a punto nel corso dei periodi di riferimento precedenti, sarà completata la caratterizzazione metrologica in laboratorio del sistema per il livello di tensione più elevato previsto (400 kv) e ne sarà verificata la stabilità a medio termine. Risultati e grado di realizzazione del prodotto triennale Prodotto triennale Sito internet MonNaLiSA per la presentazione dei dati del Sistema Nazionale di Monitoraggio della Qualità (coordinamento deltavolo di lavoro delle aziende di Distribuzione) Metodologia per l individuazione dell origine in rete dei buchi di tensione Avanzamento ottenuto con le attività dei PAR 2012 e 2013 Coordinamento I Fase del Tavolo di lavoro e approntamento specifiche funzionali di massima delle Apparecchiature di Misura Avvio della II Fase del Tavolo di lavoro e supporto ad AEEG nelle fasi di implementazione del sistema di monitoraggio nazionale. Verifiche preliminari dell efficacia del criterio di valutazione dell origine degli eventi concordato nella I fase del Tavolo di lavoro a partire dai dati storici disponibili in un numero limitato di siti QuEEN. Avvio dell analisi dei dati e approntamento prime metodologie di mappatura Specificazione e realizzazione di un firmware aggiornato installabile su apparati QuEEN per la cattura di forme d onda complete associate agli eventi. Implementazione di un archivio di sequenze di valori RMS e di forme d onda incomplete già disponibili associate a eventi di diversa origine. Attività previste nel PAR 2014 Coordinamento della II Fase del Tavolo di lavoro e supporto ad AEEGSI nelle fasi di implementazione del sistema di monitoraggio nazionale. Realizzazione del sito web per la rendicontazione del monitoraggio nazionale MonNaLiSA. Collaudo in laboratorio e in campo del software per la cattura di forma d onda complete. Arricchimento dell archivio implementato nel PAR 2013 con forme d onda complete associate a eventi di diversa origine. Avvio dell analisi di forme d onda complete con alcune metodologie proposte in letteratura e approntamento prime metodologie di mappatura. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 84 di 360

85 Prodotto triennale Sistemi di Misura di Riferimento e procedure per la caratterizzazione metrologica del comportamento di trasformatori di tensione induttivi a fronte di armoniche ed eventi di Power Quality Sistemi di Misura di Riferimento e procedure per la caratterizzazione metrologica di trasformatori di misura low power Avanzamento ottenuto con le attività dei PAR 2012 e 2013 Implementazione di un primo classificatore di eventi operante sulle sequenze RMS sulla base di semplici regole di classificazione e valutazione della sua efficacia. Valutazione statistica dell impatto che la propagazione di eventi tra le reti MT/BT potrebbe avere sui dispositivi delle nuove reti di telecomunicazione NGAN. Proposta di sorgente di alimentazione basata su approccio feed-forward. Identificazione dei requisiti occorrenti per l esportabilità della sorgente proposta in funzione delle caratteristiche del laboratorio. Proposta di Sistemi di Misura di Riferimento e procedure per la caratterizzazione metrologica di trasformatori di misura low power, con uscita analogica. Architetture di Sistemi di Misura di Riferimento alternativi e procedure per la caratterizzazione metrologica di trasformatori di misura low power. Effettuazione di caratterizzazioni sperimentali dei Sistemi di Misura di Riferimento. Attività previste nel PAR 2014 Predisposizione di un grappolo di monitoraggio MT/BT costituito da opportuni apparati nella rete in MT e BT di un distributore per verifiche del coefficiente di trasferimento dei disturbi di PQ tra le reti MT/BT, nell ambito di una collaborazione tra le parti. Verifica e validazione in laboratorio della soluzione individuata. Attività conclusa nel 2013 Principali collaborazioni scientifiche Università / Consulente Oggetto Eventuali note integrative sul contributo della collaborazione al raggiungimento degli obiettivi di progetto Politecnico di Milano, Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria Metodologie e Sistemi di Misura di Riferimento per la caratterizzazione del comportamento dei trasformatori di tensione induttivi a fronte di armoniche ed eventi di power quality Contratto di ricerca Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 85 di 360

86 Durata delle attività Marzo 2014 Febbraio Elenco dei deliverable del progetto Le attività svolte e gli obiettivi conseguiti nel progetto al termine del PAR 2014 saranno descritti, nella forma di rapporti tecnici, nei seguenti deliverables: Numero di riferimento Titolo Linea di attività 1 Sviluppo e gestione degli asset delle reti di Trasmissione e Distribuzione Studio di metodologie e strumenti per la gestione e lo sviluppo di linee elettriche in AC e DC Sviluppo e caratterizzazione di metodologie e di dispositivi innovativi per la diagnostica e il monitoraggio dei componenti di rete T&D Progettazione e realizzazione di un prototipo monofase di SFCL da 9kV e 1000 A: attività di sviluppo di modellistica, di simulazione numerica, di realizzazione e caratterizzazione sperimentale di prototipi finalizzata alla realizzazione del dispositivo finale Studio, sviluppo e applicazione di criteri e metodi di progettazione ottimizzata per generatori superconduttivi per macchine eoliche off-shore Linea di attività 2 Misure per il Sistema Elettrico e per la Qualità della Fornitura 5 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 6 Misure per il Sistema Elettrico di Trasmissione e Distribuzione 7 Rapporto di sintesi delle attività Comunicazione e diffusione dei risultati La comunicazione e la disponibilità dei risultati ottenuti nell ambito del piano annuale di realizzazione saranno assicurate in primo luogo e nel modo più ampio possibile per mezzo dei tradizionali canali costituiti dai siti internet istituzionale (www.ricercadidistema.it) e aziendale, dai quali sarà possibile scaricare i deliverables. A lato di questa modalità sono poi previste e programmate numerose altre iniziative di disseminazione, di natura più focalizzata sulle realtà e sulle esigenze dei portatori di interesse di volta in volta coinvolti. La conduzione di numerose attività in collaborazione con gli Operatori dei Sistemi di Trasmissione e di Distribuzione, con il determinante apporto dei quali verranno svolte molte delle attività di ricerca descritte, costituisce la premessa per una diffusione operativa dei risultati, grazie ai numerosi incontri e riunioni tenuti nel corso della pianificazione, dell esecuzione e della finalizzazione delle attività. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 86 di 360

87 In particolare in diretto contatto e collaborazione con TERNA vengono svolte le attività di caratterizzazione e sviluppo di soluzioni tecnologiche e diagnostiche per accrescere la flessibilità e la sicurezza della Rete di Trasmissione Nazionale e dei suoi componenti, con particolare riferimento alla diagnostica e alle attività di monitoraggio relative alle condizioni degli isolamenti, ai lavori sotto tensione con riferimento alla ricerca prenormativa sull uso di cestelli isolati per lavori a potenziale, sul miglioramento dell efficacia dei DPI (tute conduttive, maschere protettive) indossati dagli operatori, sulla verifica in campo e sotto tensione dei trasformatori di misura. Le attività e i risultati conseguiti nel quadro della collaborazione saranno inoltre presentati al più importante evento del settore in ambito europeo, l ICOLIM (International Conference on Live Maintenance) Anche le attività sulle tecniche diagnostiche per la gestione degli asset di distribuzione saranno realizzate in campo con il diretto coinvolgimento delle imprese elettriche del settore. L AEEGSI sarà il naturale destinatario di prima istanza delle iniziative di diffusione relative all attività sulla qualità della fornitura elettrica: uno dei canali principali è costituito dal sito web dedicato alla diffusione in forma aggregata dei dati acquisiti dal sistema di monitoraggio della qualità della tensione nelle reti di distribuzione in Media Tensione, disponibile anche in lingua inglese: la costante alimentazione e manutenzione del sito assicurate da RSE ne rendono il contenuto attuale e fruibile ai livelli più ampi. Un ulteriore prezioso veicolo di diffusione è costituito dal Tavolo di lavoro coordinato da RSE: vi partecipano infatti, oltre a Terna, tutti gli operatori delle reti di Distribuzione (Enel e aziende associate a Federutility): con tutti i soggetti interessati è pertanto in atto un continuo scambio di informazioni e punti di vista nell ambito della problematica posta dall intervento regolatorio in tema di qualità del servizio. Particolare attenzione verrà rivolta alla diffusione dei risultati nell ambito di iniziative di comunicazione (tipicamente convegni e workshop) organizzate da associazioni di categoria e/o professionali, con particolare riguardo all AEIT (Federazione Italiana di Elettrotecnica, Elettronica, Automazione, Informatica e Telecomunicazioni). Si segnalano in particolare un workshop di presentazione dei risultati della sperimentazione in rete del prototipo di SFCL, da tenersi in collaborazione con A2A. Sulle tematiche legate alla Metrologia per il Sistema Elettrico proseguono i contatti e le attività preliminari volte all organizzazione di un workshop riguardante l evoluzione e le prospettive delle misure per il sistema elettrico aperto a tutti gli stakeholder italiani del settore (MiSE, MEF, AEEG, GME, GSE, TSO, DSO, Utilities, università e istituti di ricerca quali l I.N.Ri.M., utenti). In termini più generali, si continueranno a perseguire attività di diffusione derivanti dalla pubblicazione di articoli su riviste di settore elettrico e dalla presentazione di contributi a congressi e convegni, sia in ambito nazionale sia internazionale. Per quanto riguarda la ricerca prenormativa, terminati i lavori del gruppo di lavoro CIGRE-C4.112 Guidelines for Power Quality monitoring measurements locations, processing and presentation of data, proseguono le partecipazioni ai Comitati e ai gruppi di lavoro CIGRE sulle problematiche legate all Asset Management (Comitato A2 Transformers, WG A2.44 Transformers Intelligent Condition Monitoring, WGB2.21 Arc protection and diagnosis for composite string insulators, D1.35 e D1.37 High Voltage and measuring techniques, WG C4.26 Evaluation of Lightning Shielding Analysis Methods for EHV and UHV DC and AC Transmission-lines, WG C4.23 Guide to Procedures for Estimating the Lightning Performance of Transmission Lines ). Continuerà, inoltre, la partecipazione alle attività degli Enti di Normativa Tecnica nazionali (CEI) e internazionali (IEC CENELEC), particolarmente attiva sulle tematiche legate alle problematiche di misura in Media e Alta Tensione: si segnalano in particolare i contributi al CEI CT 13 Misure di energia e al gruppo di lavoro CEI 13-4 Catene di misura dell energia: composizione e verifica, al CEI CT 38 Trasformatori di misura, al IEC TC38/WG37 Specific clauses for electronic voltage and current transformers, al IEC TC38/WG47 Evolution of instrument transformer ratings for the modern market con ruolo di Convenor, e al IEC TC42/WG14 Measurement of Partial Discharges by electromagnetic and acoustic methods. Ai gruppi Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 87 di 360

88 di lavoro partecipano, oltre alle principali utilities, anche i produttori di apparecchiature di misura e di manovra, consentendo di divulgare le principali acquisizioni tecnologiche in un ambito direttamente operativo. Nel contesto internazionale un ulteriore, importantissimo canale di diffusione è costituito dalla presidenza dell Implementing Agreement IEA International Energy Agency sulla superconduttività Infine si segnala, come ulteriore veicolo di diffusione dei risultati, la gestione dei siti web finalizzati alla descrizione di attività specifiche e alla distribuzione dei prodotti sviluppati: QuEEN (http://queen.rse-web.it/) sul quale sono disponibili i risultati delle attività di monitoraggio della tensione nella rete di Media Tensione nazionale; Pqnet (http://pqnet.rse-web), sito sulla Power Quality, sviluppato nel precedente periodo di RdS, mantenuto aggiornato con l inserimento di pubblicazioni sull argomento. Per quanto riguarda il sito QuEEN, sarà implementato un aggiornamento finalizzato proprio al miglioramento della diffusione dei risultati dell attività di ricerca di sistema con la messa a disposizione in forma sintetica dei principali risultati ottenuti in questi anni con le elaborazioni effettuate fuori linea a partire dai dati QuEEN e riguardanti sia lo studio tramite indici delle prestazioni della rete di distribuzione ai buchi di tensione sia le valutazioni della loro origine AT/MT, Ai due siti summenzionati si aggiungerà MonNaLiSA, il sito internet volto a implementare i risultati del sistema di monitoraggio nazionale relativi ai buchi di tensione e realizzato nel quadro del tavolo di lavoro con AEEGSI, distributori e utilities. Preventivi economici PROGETTO Ore personale dipendente Costi personale dipendente (A.1) Costi personale non dipendente (A.2) Costi di personale (A1+A.2) Costi per strumenti, attrezzature, software specifico Costi di esercizio Costi per servizi di consulenza, acquisizione di competenze tecniche, brevetti Viaggi e missioni Spese generali supplementari (costi indiretti) Totale costi Totali finanziamenti UE RdS (Ore) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) A.2 Trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica Gestione e sviluppo degli asset delle reti di trasmissione e di distribuzione Gestione e sviluppo linee di trasmissione e distribuzione in AC e DC Diagnostica componenti di cabina e stazione Componenti di rete superconduttori UE ECCOFLOW Subtotale linea Misure per il sistema elettrico e qualità della fornitura Monitoraggio e qualità della tensione Misure per il sistema elettrico Subtotale linea Totale Le principali prestazioni esterne previste nello svolgimento delle attività sono descritte nella tabella seguente: Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 88 di 360

89 Principali fornitori esterni Descrizione Linea di attività 1 Sviluppo e gestione degli asset delle reti di Trasmissione e Distribuzione Sottolinea 1 Gestione e sviluppo linee di trasmissione e distribuzione in AC e DC SKYTECHNOLOGY SRL progettazione di un sistema di sensori elettroottici in fibra per la misura di profili spaziali di campo elettrico Sottolinea 2 Diagnostica componenti di cabina e stazione Studio Ferraiolo Gondola Marco CELM snc di CAMPARI ENZO & C Assistenza per presentazione Brevetto sensore furani Contratto a progetto per sviluppo sensore ultraveloce misure scariche parziali Progetto e realizzazione di parti elettroniche/optoelettroniche per il prototipo di sensore per la misura di tensione trifase in quadri MT Sottolinea 3 - Componenti di rete superconduttori SUPERPOWER TECNOGAS S.r.l. SENECO Srl CESI S.p.A. IEA International Energy Agency Nastro superconduttore 2G a base di YBCO Azoto liquido per SFCL Forno per inglobamento nastri superconduttori Prove di tenuta alla corrente dinamica su avvolgimenti prototipali per SFCL Quota Implementing Agreement HTS High Temperature Superconductivity Linea di attività 2- Misure per il Sistema Elettrico e per la Qualità della Fornitura Sottolinea 1 Monitoraggio e qualità della tensione Teamware ENEL DISTRIBUZIONE ORACLE ITALIA Operatore telefonico Interventi di riparazione e aggiornamento strumentazione sistema monitoraggio QUEEN Interventi di manutenzione e di aggiornamento sulla strumentazione appartenente al sistema di monitoraggio della qualità della tensione QUEEN Manutenzione sistemi informativi QUEEN Trasmissione dati sistema monitoraggio QuEEN Sottolinea 2 Misure per il sistema elettrico - - Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 89 di 360

90 DIAGRAMMA TEMPORALE DELLE ATTIVITÀ (GANTT) Linea 1 - Gestione e sviluppo degli asset delle reti di trasmissione e distribuzione Sottolinea 1 - Gestione e sviluppo linee di trasmissione e distribuzione in AC e in DC Attività Analisi bibliografica Sperimentazione conduttore composito 132 kv 1. Studi e strumenti per l'incremento della capacità di trasporto delle linee elettriche Caratterizzazione sperimentale di conduttore 400 kv Caratterizzazione sperimentale di conduttori HTLS SAGLAS SAFE ILENA Realizzazione e sperimentazione ILCMS 2.Studi e strumenti per l'analisi delle condizioni degli isolatori di linea e stazione in ac Realizzazione e sperimentazione LANPRIS Sperimentazione su isolatori compositi e RTV Analisi risultati AMICO II e attività preliminari per mappatura inquinamento Sensore ottico multifibra Studi e strumenti per l'analisi delle condizioni degli isolatori di linea e stazione in DC AMICO DC Sperimentazione di laboratorio Disseminazione dei risultati Studi e strumenti per la manutenzione e i lavori sotto tensione Raccolta dati e sviluppo modello di calcolo Sperimentazione in laboratorio e validazione modello Metodologie diagnostiche per cavi MT Analisi e misure su cavi MT Sottolinea 2 - Diagnostica componenti di cabina e di stazione Attività Strumenti diagnostici per la valutazione del degrado di componenti del sistema elettrico Monitoraggio vibrazioni trasformatori Metodologia rivelazione furani Stazione sperimentale invecchiamento oli Modellistica e strumenti per lo studio e il rilievo delle scariche parziali Sviluppo codice Morgana Sviluppo sistema di misura capacitivo Sviluppo sistema di misura ottico Sensore ottico monitoraggio tensione di fase sistemi MT Modello comportamento sensore Realizzazione mock-up di prova del sensore Realizzazione e caratterizzazione dispositivo Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 90 di 360

91 Sottolinea 3 - Componenti di rete superconduttori Attività Studi preliminari per componenti superconduttivi superconduttivo di una macchina eolica off-shore Analisi bibliografica e studio preliminare layout Studio criteri e metodi progettazione di generatore superconduttivo di una macchina eolica off-shore Sviluppo modelli di calcolo e dimensionamento di generatore superconduttivo di una macchina eolica off-shore Studio di fattibilità, progetto di massima e caratterizzazioni sperimentali 2. Realizzazione di un SFCL da 9 kv e 1 ka Progettazione di dettaglio Realizzazione e caratterizzazione sperimentale prototipi monofase in scala ridotta Realizzazione del prototipo monofase in scala reale Linea 2 - Misure per il sistema elettrico e per la qualità della fornitura Sottolinea 1 - Monitoraggio e qualità della tensione Attività Tavolo di lavoro per la realizzazione del sistema di monitoraggio nazionale Stesura specifiche funzionali Misure e analisi preliminari Seconda fase del tavolo di lavoro Seconda fase del tavolo di lavoro e siti web Impatto fenomeni temporaleschi 2. Studi sulla propagazione dei disturbi basati sul sistema QUEEN Studio origine dei buchi e immunità apparecchiature Realizzazione archivio forme d'onda e metodologie di analisi e classificazione Impatto PQ su reti telecom nuova generazione Sottolinea 2 - Misure per il sistema elettrico Attività Metodologie di caratterizzazione metrologica di trasformatori di misura Metodi e strumenti taratura trasformatori low power Metodi e strumenti caratterizzazione trasformatori induttivi per misure PQ SMART Stand-Alone Merging Unit Analisi Normativa applicabile e definizione specifiche funzionali Migliorie e caratterizzazione dell'apparecchiatura LiOnHV Implementazione sistemi di emergenza e modifiche sistema comando Caratterizzazione metrologica in laboratorio Sperimentazione in campo Nota: Ottenimento prodotti finali / emblematici aventi caratteristiche tangibili (prototipo, impianto, installazione sperimentale, ecc.) Ottenimento prodotti intermedi aventi caratteristiche tangibili (prototipo, impianto, installazione sperimentale, ecc.) Ottenimento prodotti finali / emblematici aventi caratteristiche intangibili (studi, simulazioni, risultati sperimentali, ecc) Ottenimento prodotti intermedi aventi caratteristiche intangibili (studi, simulazioni, risultati sperimentali, ecc) Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 91 di 360

92 Progetto A.3: Generazione distribuita e reti attive IL QUADRO DI RIFERIMENTO Descrizione del prodotto dell attività La liberalizzazione del mercato elettrico e gli obiettivi europei di incremento della produzione da fonti rinnovabili e di riduzione dei consumi di energia stanno comportando un evoluzione del sistema elettrico verso forme di generazione distribuita sul territorio. Per garantire la sicurezza, l efficienza e la sostenibilità economica e ambientale di questo nuovo sistema si dovrà dotare la rete attiva di distribuzione di intelligenza. Sono per questo necessari sviluppi tecnologici a livello dei sistemi di comunicazione, di controllo e dispacciamento delle risorse energetiche, di automazione della distribuzione, dei dispositivi di protezione e di ausilio all integrazione della generazione nelle reti; si dovrà tener conto delle interdipendenze tra queste tecnologie, perché il funzionamento non corretto di uno di questi elementi potrebbe compromettere le prestazioni dell intera rete. La realizzazione della rete elettrica intelligente richiede quindi un elevato grado di integrazione dei sistemi ed alti livelli di interoperabilità, con una crescente rilevanza delle moderne tecnologie informatiche e di comunicazione. La transizione verso un architettura di rete intelligente e l utilizzo efficiente della generazione distribuita e in particolare delle fonti rinnovabili non programmabili, richiede anche di interagire con l utenza per garantire la stabilità della rete e favorire il risparmio energetico, trasformando il cliente finale da semplice consumatore a gestore attivo dei propri consumi e della propriaeventuale produzione. L utente avrà un ruolo decisivo nello sviluppo delle reti attive, in quanto sarà chiamato a partecipare alla gestione del sistema energetico attraverso l utilizzo di tecnologie innovative di generazione e di automazione domestica per la gestione dei consumi, adeguandone l uso in risposta a dei segnali di prezzo dell energia o alla disponibilità delle fonti rinnovabili. In questo nuovo contesto assumono un ruolo sempre più rilevante i sistemi di accumulo, che diventano elementi importanti per il controllo e dispacciamento delle risorse di generazione e carico, per migliorare l efficienza e l affidabilità del sistema, nonché la qualità complessiva del servizio elettrico. Le tematiche di ricerca affrontate nel presente progetto prendono come riferimento la prospettiva di sistema, cioè sono investigati gli sviluppi necessari a far evolvere la rete elettrica di distribuzione da passiva ad attiva, condizione indispensabile per incrementare la diffusione della generazione distribuita (GD), al fine di consentire un maggior sfruttamento dell energia da fonti rinnovabili e dei sistemi di cogenerazione, anche attraverso l impiego di sistemi di accumulo dell energia. Verranno quindi studiate nuove architetture di controllo della tensione della rete e di dispacciamento della GD nelle reti di media tensione e nelle microreti, sotto-reti in bassa tensione connesse alla rete di distribuzione di media tensione e anch esse composte da carichi, generatori e accumuli. Questi sistemi di controllo saranno poi sperimentati in reti attive reali di media tensione e nella test facility di GD in bassa tensione di RSE. In quest ultimo caso, i modelli di previsione delle variabili meteorologiche e di stima della produzione da fonti rinnovabili non programmabili sviluppati in questo progetto, saranno utilizzati per fornire al sistema di controllo i dati stimati di produzione fotovoltaica a breve termine. Si affronterà il tema dei sistemi di comunicazione e delle tecnologie ICT per realizzare l interoperabilità fra i sistemi operanti nelle reti attive. Saranno utilizzati modelli informativi standardizzati per la rappresentazione della struttura e delle funzioni per la gestione del sistema elettrico e si studierà la sicurezza ICT per individuare contromisure in grado di soddisfare i requisiti di sicurezza associati agli scambi informativi. Si studieranno inoltre i fattori che influenzano le prestazioni dei canali di comunicazione power line sulle reti di distribuzione in media tensione. Per quanto riguarda l integrazione della GD nelle reti di distribuzione si analizzeranno gli aspetti relativi ai sistemi di protezione di rete, all inserimento di dispositivi elettronici di potenza nella loro funzione di Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 92 di 360

93 interfacciamento della GD, al miglioramento della Power Quality in rete e alla possibilità di fornire servizi ancillari. La generazione distribuita, i sistemi di accumulo e un numero sempre più elevato di carichi sono di fatto interfacciati con le reti in c.a. attraverso convertitori c.c./c.a, ed è quindi ipotizzabile che un sistema di distribuzione in corrente continua possa garantire vantaggi dal punto di vista dell efficienza energetica, della sicurezza e della qualità dell alimentazione. Si intravede quindi la possibilità di introdurre nelle reti elettriche di distribuzione in c.a. delle sezioni in c.c. interfacciate in uno o più punti con le dorsali in alternata per il tramite di front-end converters. In un futuro potrebbe risultare conveniente adottare anche delle configurazioni ad anello chiuso che presentano dei vantaggi sotto il profilo della qualità dell alimentazione. Si affronterà lo studio del comportamento di sistemi distributivi, caratterizzati dalla presenza contemporanea di sezioni in c.a. ed in c.c. e con elevata presenza di dispositivi elettronici di conversione, in presenza di guasti, al fine di progettare un efficace sistema di protezioni dai contatti indiretti per l impianto e per le persone. A valle dello studio teorico e delle simulazioni condotte, alcune delle configurazioni individuate potranno essere sperimentate nella microrete in c.c. della Test Facility di RSE. Nel settore dell accumulo di energia, ci si propone di fornire elementi conoscitivi per le scelte più funzionali all inserimento dei sistemi di accumulo nel sistema elettrico, a seconda degli obiettivi prioritari per il miglioramento della gestione della rete. In questo progetto vengono considerati sia sistemi di accumulo di grande taglia, come i bacini di pompaggio o i depositi di aria compressa, o lo stoccaggio di gas naturale 19, sia sistemi di accumulo di taglia inferiore, come gli accumuli elettrochimici e i supercondensatori. Questi ultimi, che possono essere connessi alle reti di distribuzione, ma anche installati a ridosso dei carichi e della produzione, come ad esempio nelle case degli utenti, sono trattati per gli aspetti più prettamente tecnologici nel progetto A.4. ( Accumulo di energia elettrica )e in questo progetto per quanto riguarda gli aspetti di integrazione nel sistema elettrico. Parallelamente all aumento del numero di installazioni da fonti rinnovabili raggiunto in questi ultimi anni, è cresciuta la consapevolezza che il successo del settore necessita nel prossimo futuro di uno sviluppo armonico con il territorio ospitante, uno sviluppo fondato non solo sulle potenzialità energetiche, facilmente individuate dagli imprenditori del settore, ma anche e soprattutto sul rispetto delle peculiarità sociali ed economiche del territorio stesso e sulla riduzione dei conflitti sull uso delle risorse, anche attraverso la promozione di modalità avanzate di comunicazione. Il progetto intende quindi fornire degli strumenti di supporto alla pianificazione dello sviluppo della generazione distribuita su scala regionale in un ottica di sostenibilità ambientale e sociale. A fine 2013, in Italia, sono stati connessi alla rete di distribuzione oltre impianti fotovoltaici per una potenza pari a circa MW e si manifesta quindi sempre più l esigenza di verifica delle prestazioni, dell affidabilità in esercizio di moduli e inverter, nonchè di definire nuove tecniche di diagnosi dei componenti degli impianti fotovoltaici. Inoltre, una presenza elevata d impianti fotovoltaici, più o meno integrati nella copertura degli edifici, comporta la necessità di definire delle linee guida che possano completare le attuali regole, allo scopo di prevenire lo sviluppo e di mitigare la propagazione degli incendi. Per quanto riguarda la generazione distribuita, alcune tecnologie sono ancora in fase di sviluppo, come quella della microturbina a gas a combustione esterna EFMGT (Externally Fired Micro Gas Turbine) alimentata a biomassa solida. Con questa tecnologia si potrebbe ottenere un efficienza di conversione più elevata di quella ottenibile con gli impianti ORC (Organic Rankine Cycle) e la possibilità di utilizzare solamente la biomassa locale, grazie alla taglia d impianto più piccola. 19 Nel contesto della stabilità e sicurezza del sistema elettrico, sono importanti i giacimenti per lo stoccaggio del gas naturale: in particolare nell ambito del D.Lgs. 13/08/2010 n.130, che prevede misure per lo sviluppo di nuove infrastrutture di stoccaggio di gas naturale o il potenziamento di quelle esistenti. Si deve anche ricordare che sono in corso diverse ricerche relative all accumulo di lungo termine basato sul concetto Power-to-Gas. L eccesso di energia elettrica, che si ha nei momenti in cui l energia rinnovabile prodotta è maggiore di quella che può essere utilizzata o trasportata dalla rete, può essere utilizzato per produrre per via elettrolitica H 2 e O 2. Successivamente può essere prodotto metano con il processo Sabatier, cioè dalla reazione dell idrogeno con l anidride carbonica, dove la CO 2 può provenire da processi industriali, impianti chimici, impianti di gassificazione del carbone, o da impianti di biogas. Il metano può essere immesso nella rete gas oppure accumulato, e ad esempio utilizzato successivamente da un impianto di produzione elettrica alimentato a gas, nei momenti di scarsa produzione rinnovabile. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 93 di 360

94 In generale, il presente progetto, nella sua articolazione triennale , intende quindi sviluppare studi e svolgere attività sperimentali a supporto della diffusione delle reti attive, che possano ospitare una quota sempre crescente di Generazione Distribuita (GD), perseguendo obiettivi di economicità, sicurezza della fornitura e sostenibilità ambientale. Le ricerche relative al presente progetto saranno condotte in sinergia con quanto previsto dalle iniziative internazionali EERA ed ISGAN - International Smart Grid Action Network, e dai progetti europei correlati, la cui descrizione è riportata sinteticamente nel capitolo: Il progetto nel triennio. Situazione industriale del prodotto dell attività Il progetto può beneficiare dei risultati conseguiti nei Piani Annuali di Realizzazione 2012 e 2013 e nei precedenti Accordi di Programma Triennali. Di seguito si delineano quindi alcuni risultati raggiunti nelle precedenti attività di ricerca, sui quali si basano le proposte di sviluppo riportate nel presente Piano Annuale di Realizzazione. Partecipazione ad attività internazionali L attività svolta nell ambito dei precedenti AdP ha comportato la partecipazione alle iniziative internazionali (European Electricity Grid Initiative, European Energy Research Alliance EERA JP Smart Grid, International Smart Grid Action Network - ISGAN IEA) alle quali RSE ha preso parte sin dal loro inizio con la collaborazione del MiSE e di altri operatori italiani, sia nel campo scientifico (ENEA, Università), sia industriale (Enel Distribuzione) e ha riguardato il coordinamento, la pianificazione strategica, lo sviluppo del programma e della membership, nonché la conduzione continuativa di tutte le azioni che consentono il raggiungimento degli obiettivi dei progetti che ad esse fanno capo. 1) Nell ambito del coordinamento delle attività del Joint Programme EERA sulle Smart Grid si sono svolte diverse attività, di seguito sintetizzate: coordinamento del Joint Programme Smart Grid (JPSG) - quale coordinatore dell intero JP, RSE coordina anche i due principali organismi direttivi del JP: lo Steering Committee (SC), costituito da un rappresentante per ogni partecipante, e il Management Board (MB), costituito dai coordinatori e dai vice-coordinatori di SP (Sub-Program); ricerca congiunta e condivisione di risultati - partecipazione attiva alla stesura dei documenti di deliverable del JP, tramite la condivisione di contributi e risultati tecnico-scientifici specifici provenienti da attività di RdS e progetti UE di periodi precedenti oppure tuttora in corso di svolgimento; supporto alla Commissione Europea - partecipazione ai lavori di gruppi di coordinamento europeo in rappresentanza di EERA JPSG nell ambito delle attività dell EEGI-Team, della piattaforma tecnologica Smart Grid (ETP SG) e a livello internazionale nelle interazioni tra Europa e paesi extra-europei nel settore delle reti elettriche; trasferimento di informazioni e risultati da e verso RdS - selezione delle attività svolte in ambito di Ricerca di Sistema e dei relativi risultati da utilizzare come contributi al JPSG per le attività congiunte; viceversa, recepimento di informazioni, metodi e risultati raccolti durante l attività svolta all interno dei diversi SP del JPSG per il loro utilizzo per attività RdS presenti e future; coordinamento delle attività dell Implementing Agreement IEA ISGAN e sono state confrontate le due principali metodologie per l analisi costi/benefici di progetti Smart Grid presenti in letteratura: quella sviluppata dall EPRI (Electric Power Research Institute) per gli USA e quella proposta dal JRC (Joint Research Center) per l Europa. In entrambi i casi, la motivazione alla base dello sviluppo metodologico è legata al fatto che la transizione verso le Smart Grid è un traguardo a lungo termine che richiede di bilanciare gli intenti delle politiche energetiche e ambientali con le esigenze degli operatori del mercato dell energia. In questo contesto, è importante che vi sia una corretta valutazione, ma anche un adeguata ripartizione dei costi e dei benefici tra operatori e utenti Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 94 di 360

95 revisione del nuovo DoW ovvero del piano delle attività di ricerca del JP SG Tale attività ha permesso di definire le nuove task di ricerca da attivare. finalizzazione della proposta del progetto UE ELECTRA IRP e relativo kick-off meeting - La proposta di programma congiunto sulle Smart Grid preparata in risposta ad una ultima call del programma quadro FP7 è risultata vincente ed è stato avviato il progetto ELECTRA "European Liaison on Electricity grid Committed Towards long-term Research Activities", che sarà svolto da un consorzio formato da 21 partecipanti (tra cui i 19 istituti partecipanti a EERA JP SG). 2) Le attività di ISGAN International Smart Grid Action Network, Implementing Agreement della IEA di cui RSE ha mantenuto la Presidenza per un secondo mandato, si sono sviluppate in parallelo nei diversi Annex in cui è organizzata l iniziativa. Annex 1: Survey delle attività in corso a livello internazionale - È iniziato il secondo round dell indagine su motivazioni e drivers dello sviluppo delle smart grid nei diversi paesi. Annex 2: Casi emblematici di sviluppo delle smart grid - È stato pubblicato il primo Case Book riguardante il caso emblematico sull infrastruttura dei contatori intelligenti ( Spotlight on Advanced Metering Infrastructure ). Annex 3: Analisi costi-benefici dei progetti smart grid - In questo Annex, a cui RSE collabora attivamente, si è lavorato alla distribuzione e elaborazione di un questionario per la valutazione del livello di smartness delle reti, propedeutica all analisi costi-benefici. Annex 4: Diffusione di messaggi di policy - Nel periodo di riferimento sono stati pubblicati due Discussion Papers : The role of Smart Grid technologies as enablers of clean energy policies in islands of developing and developed countries e Smart Grid Processes, People and Policies. Annex 5: SIRFN Smart Grids International Research Facilities Network - L attività di SIRFN si è concentrata sullo sviluppo e sull avvio della sperimentazione del protocollo di prova di inverter. RSE ha contribuito a fornire i codici di rete italiani, al fine di identificare quali funzioni di interoperabilità degli inverter siano già presenti o di prossimo inserimento. Annex 6: Interazioni nella rete T&D È stato pubblicato un documento molto importante e significativo per le tecnologie Smart Grid: Smarter & Stronger Power Transmission: Review of feasible technologies for enhanced capacity and flexibility. Annex 7: Smart Grid Transitions - Questo progetto, appena varato, è relativo alle implicazioni sociali delle smart grid ed al coinvolgimento dell utente e della società. 3) RSE ha anche continuato a partecipare alle attività di EEGI (European Electricity Grid Initiative), avendo espresso il delegato italiano in tale consesso. L attività è sinergica con il coordinamento del progetto europeo GRID+, che nasce proprio come strumento operativo per supportare il lavoro di questa iniziativa. Le attività di GRID+ del 2013 si sono svolte in continuità con quelle precedenti, secondo i sei obiettivi inizialmente previsti dal progetto (MAP, INTERACT, MONITOR, REPLICATE, DISSEMINATE, UPDATE). È stato inoltre deciso di avviare un attività dedicata alla KNOWLEDGE SHARING. 4) Si segnala che oltre che con la partecipazione diretta alle iniziative descritte sopra, per avere informazioni più complete sulle diverse situazioni internazionali sono state analizzate le attività di test e dimostrazione delle tecnologie Smart Grid in Giappone e negli USA e sono stati preparati e pubblicati due rapporti aggiuntivi di RdS ( Tests and demonstration activities in Japan e Test and demonstration activities in the U.S. ). Gestione e controllo delle reti attive Nei precedenti piani annuali di realizzazione sono stati realizzati algoritmi di controllo e dispacciamento delle risorse distribuite nelle reti di media e bassa tensione, implementando le funzioni sia a livello di controllore centrale, sia localmente sui singoli sistemi di generazione. Nel 2012 sono state migliorate le prestazioni del controllore centralizzato per reti attive MT (VoCANT -Voltage Controller in Active Network Topology). Il controllore VoCANT è stato poi integrato nello SCADA di una rete MT reale, nell ambito della collaborazione Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 95 di 360

96 con ACEA e del progetto EU GRID4EU, dove sono state messe a punto le interfacce di scambio dati con i diversi ambienti che costituiscono lo SCADA e ne sono state valutate le funzionalità. Nel corso del 2013 al controllore sono state aggiunte funzionalità, soprattutto sulla spinta delle esigenze del dimostratore in corso di realizzazione per il progetto GRID4EU, è stato definito un piano di prove dettagliato e sono state eseguiti i test, anche se ancora su un campo simulato. E stato sviluppato uno strumento di Power Flow estremamente flessibile, avente lo scopo di simulare il comportamento statico di una data rete elettrica in un ampio spettro di scenari. Allo stato attuale, il software realizzato è in grado di determinare il punto di equilibrio di un sistema elettrico in cui sono state previste: le funzioni di regolazione di potenza attiva e reattiva in logica locale (secondo le recenti versioni delle norme CEI 0-16 e CEI 0-21); le funzioni di autoregolazione e controllo locale dei carichi; la possibilità di funzionamento in isola, mediante l introduzione del controllo di frequenza. Si è realizzato un nuovo modello di ottimizzazione che è basato sulle tecniche Mixed Integer Linear Programming MILP, per cui le variabili rappresentate nel problema di ottimizzazione possono essere a valori reali o interi, e a valori su intervalli continui o disgiunti. In questo modo è stato possibile rappresentare gli aspetti discreti del modello tramite le variabili intere. Ad esempio per descrivere il funzionamento della microturbina e per il suo spegnimento sono state utilizzate delle variabili con dominio discreto. Per esprimere il problema di ottimizzazione economica, con l estensione MILP, si è scelto il modeling language Hysdel (HYbrid System DEscription Language), un codice liberamente utilizzabile e sviluppato presso il Politecnico di Zurigo, accoppiato con il solutore di problemi di ottimizzazione CPlex. Nel linguaggio Hysdel è possibile rappresentare un sistema ibrido (un sistema nella cui formulazione matematica si combinano assieme variabili continue e variabili intere). Grazie alle avanzate potenzialità dell ambiente costituito dalla combinazione Hysdel e CPlex, il problema di ottimizzazione economica della Test Facility è stato rivisto profondamente nella formulazione, in modo tale da adeguare il modello matematico al comportamento reale dei componenti utilizzati. La revisione del programma ha conservato la struttura generale: i dati di input sono costituiti dalle previsioni di carico elettrico, termico e di produzione fotovoltaica. La revisione ha interessato il modello della microturbina e della batteria, mentre non si sono resi necessari cambiamenti ai modelli degli altri componenti della Test Facility. Successivamente alla messa a punto del nuovo modello con Hysdel si è proceduto al confronto del comportamento di questo modello di ottimizzatore con quello realizzato nell ambiente Matlab. Il confronto è stato realizzato con diversi casi test, ciascuno con specifici valori di carico elettrico, termico e di produzione fotovoltaica. In questo modo è stato possibile avere un quadro completo delle diverse strategie utilizzate dai due modelli. Inoltre sono state confrontate in simulato le tre diverse strutture di controllo centralizzato di tensione di una rete attiva in MT sviluppate in RSE: VoCANT (Voltage Controller in Active Network Topology) basato su una ottimizzazione tecnico-economica, CVC (Coordinated Voltage Control) basato su classici regolatori di tipo PID, MPVC che utilizza la tecnica di controllo predittivo MPC (Model Predictive Control). I tre approcci sono stati applicati ad una rete di distribuzione MT a struttura radiale con elevata presenza di GD. Su tale rete si è ammesso di poter agire solo sulle potenze reattive dei generatori, ipotizzando che le potenze attive fossero controllate da un altro sistema con finalità differenti. L altro dispositivo controllabile è l OLTC (On Load Tap Changer) del trasformatore AT/MT che, variandone il rapporto di trasformazione, permette di agire sulla tensione della sbarra MT. La rete e i regolatori locali dei GD e dell OLTC sono modellizzati e simulati in DIgSILENT PowerFactory, e sono gli stessi per ogni tipo di controllore studiato. I controllori sono stati invece realizzati con diverse tecnologie (MATLAB, Fortran, DIgSILENT) e sono stati interfacciati al simulatore DIgSILENT. E stato implementato su un inverter della Test Facility (TF) di GD di RSE un algoritmo di controllo di tipo droop, che consente la correzione automatica dei riferimenti di potenza di un generatore al fine di contribuire alla compensazione di variazioni di tensione e frequenza della rete elettrica a cui la macchina è collegata. Riferendosi al tipico schema di controllo in potenza di un normale generatore distribuito, l introduzione dell azione di droop non ne modifica la struttura fondamentale: il funzionamento in parallelo alla rete Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 96 di 360

97 prevalente o ad altri generatori ed il funzionamento in isola sono gestiti dallo stesso tipo di controllo. In questa prima fase si è considerato il caso di funzionamento in rete isolata nella quale non esiste un generatore che ricopre il ruolo di nodo di saldo imponendo tensione e frequenza, ma ogni macchina partecipa alla regolazione di tali grandezze modulando la potenza erogata secondo la propria caratteristica di droop.dopo una serie di simulazioni numeriche sul modello della rete della (TF), si è provveduto all implementazione del controllo droop nel convertitore elettronico (Front-End converter) che collega la microrete in corrente continua alla TF in c.a. L attività svolta nel PAR 2013 comprende simulazioni e verifiche sperimentali volte a caratterizzare il comportamento di una porzione della Test Facility (TF) di generazione distribuita di RSE durante la transizione ed il funzionamento in isola in presenza di uno o più inverter dotati di sistema di controllo droop. Le simulazioni sono state effettuate in ambiente ATPDraw, prendendo come riferimento per il modello di inverter il Front End (FE) della rete sperimentale in corrente continua presente nella TF. Questa stessa macchina è stata utilizzata per lo svolgimento delle prove in campo. Le relazioni di droop, ossia i legami tra le grandezze elettriche della rete (tensione e frequenza) e la potenza (attiva e reattiva) erogata dal generatore, possono assumere differenti caratteristiche: induttiva (V=f(Q), f=f(p)), resistiva (V=f(P), f=f(q)) e mista (V=f(P,Q), f=f(p,q)). In letteratura, la scelta della caratteristica è fatta dipendere dal rapporto R/X dell impedenza di linea; l attività svolta in RSE dimostra invece che, nel sistema in esame, è principalmente la tipologia di carico a determinare tali legami. Sono state simulate due differenti tipologie di controllo droop: convenzionale (conventional droop) ed inverso (inverse droop). Nel primo caso la macchina risulta essere un generatore di tensione, i cui riferimenti di ampiezza e di fase vengono però variati in base all errore tra la potenza (attiva e reattiva) effettivamente erogata e quella di riferimento. Nel secondo caso la macchina risulta equivalente ad un generatore di corrente modificato, i cui riferimenti di potenza variano in funzione degli errori di tensione e di frequenza. Le prestazioni di entrambe le tipologie di controllo sono state verificate per differenti tipologie di carico: carichi lineari RLC, un motore asincrono direttamente connesso alla rete, un ponte a diodi, un ponte a tiristori e varie combinazioni dei suddetti. Il controllo droop inverso, già implementato nel PAR 2012 sul FE, è stato modificato e reso più facilmente configurabile e dotato di una dinamica più veloce. Sono state effettuate prove sperimentali di isola intenzionale in presenza di un carico lineare passivo (potenza massima di circa 55 kva) e di un carico rotante. Sistemi ICT per reti attive Le attività di ricerca recentemente svolte sui sistemi di comunicazione per le reti elettriche intelligenti hanno riguardato alcuni aspetti innovativi associati all integrazione dei sistemi ICT. Si è assunto come riferimento il modello architetturale denominato SGAM (Smart Grid Architecture Model) elaborato dallo Smart Grid Coordination Group (SG-CG) nell ambito del mandato europeo M/490 di promozione della standardizzazione per le Smart Grid. RSE partecipa con 4 rappresentanti nominati dal CEI al SG-CG. Sul fronte delle tecnologie ICT è stato avviato uno studio sull utilizzo dei modelli informativi standardizzati per le Smart Grid, prendendo a riferimento il modello CIM (Common Information Model - associato agli standard IEC 61970/61968/62325). Le tecniche di sviluppo software originate sulla base di modelli informativi (Model-driven engineering) sono state sperimentate, realizzando applicazioni dimostrative di trasformazione di topologie di reti elettriche da formati proprietari a formato standard CIM. Per realizzare tale trasformazione tra i modelli si è utilizzato uno specifico linguaggio (QVT-Query/View/Transformation) definito in ambito OMG (Object Management Group). Per quanto riguarda la gestione operativa della rete si è approfondito e sperimentato l utilizzo dello standard IEC 61850, valutando parallelamente la possibilità di descrivere in modo standard anche le logiche di automazione, mediante lo standard IEC Si è fornito supporto alla redazione della specifica del profilo IEC associato all interfaccia tra l operatore di Distribuzione e la Generazione Distribuita, nell ambito della norma CEI Si è fatto poi riferimento all attività in corso all interno dello Smart Grid Coordination Group e all evoluzione dello standard IEC-61850, sia in termini di modello dati che di protocollo di comunicazione. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 97 di 360

98 E stata inoltre individuata una correlazione tra i requisiti relativi alle infrastrutture di comunicazione necessarie alle Smart Grid e la corrispondente offerta degli operatori di telecomunicazioni. Sono stati studiati i canali di comunicazione, valutando sia tecnologie wired (principalmente power line, che rappresentano idealmente la soluzione naturale per questo tipo di applicazioni), che reti wireless (in particolare reti Wi-Max). Facendo riferimento al caso d uso del controllo remoto delle protezioni antiislanding, per entrambe le tecnologie sopra indicate sono state condotte valutazioni sui tempi di latenza della comunicazione. Relativamente al canale power line si è considerata l applicazione di questa tecnologia alle reti di media tensione ed è stato sviluppato un metodo di modulazione innovativo basato su tecniche Ultra Wide Band (UWB). Sono state predisposte anche metodologie di caratterizzazione del canale power line e definiti parametri caratteristici utili alla progettazione dei sistemi di comunicazione e alla valutazione delle loro prestazioni. Le metodologie sono state sperimentate su una rete MT di prova e su reti di distribuzione in esercizio, per le quali sono state elaborate valutazioni statistiche dei parametri di caratterizzazione dei canali di comunicazione. Le tecniche di misura e di elaborazione utilizzate sono state aggiornate tenendo conto dell esperienza di sperimentazione in campo. Infine, è stata avviata un attività di verifica dell applicabilità dei metodi standard di misura delle prestazioni di comunicazione di reti Ethernet/IP a canali di comunicazione tempo varianti, quali powerline e wireless. E stata inoltre definita una prima proposta architetturale per una piattaforma di co-simulazione, in grado di simulare il comportamento elettrico di una rete di distribuzione, insieme alle prestazioni della rete di comunicazione collegata. Per quanto riguarda la sicurezza informatica è stata condotta un attività sulla valutazione del rischio cyber applicata al controllo delle reti elettriche, che indirizza sia l aspetto metodologico sia quello tecnologico. L ambito applicativo in questo caso riguarda le complesse architetture ICT dei sistemi SCADA dedicate al controllo remoto dei sistemi di protezione, controllo e automazione dei dispositivi elettrici. Dal punto di vista metodologico, la valutazione del rischio cyber per i sistemi di controllo delle reti elettriche richiede la definizione di indici di rischio che tengano conto delle relazioni tra le vulnerabilità, le minacce e gli attacchi tipici delle architetture ICT del dominio elettrico, del loro effetto sulle funzioni di controllo, nonché del loro impatto sul servizio erogato dagli asset dell infrastruttura rete elettrica. A supporto del calcolo dell indice di rischio cyber-power sono state condotte attività sperimentali presso il laboratorio di RSE PCS ResTest (Power Control System - Resilience Testing) sulla sicurezza delle tecnologie di comunicazione. E stato configurato un testbed di telecontrollo delle stazioni AT/MT, focalizzandosi sulle comunicazioni centro-stazione (basate sul protocollo standard IEC ) e sulle comunicazioni stazione-der (basate su protocollo standard IEC 61850). Da un punto di vista applicativo, i flussi informativi oggetto di attacco, selezionati sulla base della loro maggiore criticità rispetto alla stabilità del sistema elettrico interconnesso, sono relativi alle procedure di distacco carichi in emergenza e alla gestione dei variatori di rapporto sotto carico contro il collasso di tensione (entrambe descritte nel Codice di Rete di Terna). Inoltre si è consideratal applicazione già citata per il controllo remoto delle protezioni anti-islanding per generatori distribuiti collegati a una dorsale di una rete di distribuzione. Allo scopo di dimostrare il contributo delle sperimentazioni al calcolo del rischio cyber-power, sono stati misurati gli effetti (in termini di MeanLatency, MeanTimeToFailure, Number of LostMessages, Number of TimeAllowed to Live) di due tipologie di processi di attacco implementati nel testbed di telecontrollo del laboratorio: uno basato su generazione di flussi (flooding) di pacchetti irregolari, un altro (concettualmente simile al caso Stuxnet che ha colpito i PLC Siemens nel 2010) basato sullo sviluppo ed esecuzione di malware (exploit). Nell ambito delle attività di cyber security sono stati avviati due progetti Europei afferenti ai programmi cofinanziati EPCIP (Progetto SoES) e FP7-ICT (Progetto SmartC2Net) in cui RSE riveste ruoli di coordinamento e di leadership. In coerenza con le indicazioni fornite dallo Smart Grid Coordination Group (SG-CG), l attività si è concentrata sullo studio di architetture ICT relative a diversi casi d uso che definiscono nuovi scenari di controllo delle reti attive in media e bassa tensione, focalizzandosi sulla definizione dell architettura ICT del caso d uso Controllo di Tensione nelle reti attive in media tensione descritto dal gruppo di lavoro Sustainable Processes dello SG-CG. E stato quindi avviato il progetto architetturale per l integrazione nel testbed del laboratorio PCS-ResTest delle comunicazioni previste dal Controllo di Tensione, in particolare con due Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 98 di 360

99 generatori del tipo più diffuso (un impianto fotovoltaico e un generatore eolico), in modo da effettuare delle sperimentazioni relative alla sicurezza delle comunicazioni per questo caso d uso. Sono state applicate metodiche di risk assessment al caso d uso Controllo di Tensione, la valutazione degli standard di sicurezza esistenti, lo sviluppo del testbed e alcuni test preliminari. Il security toolbox proposto dal gruppo SGIS dello SG-CG per la valutazione qualitativa dei rischi è stato applicato al caso d uso Controllo di Tensione per attribuire livelli di rischio/sicurezza agli asset informativi e individuare gli scenari più critici. Allo scopo di approfondire l analisi delle minacce, lo strumento di modellazione CySeMoL, sviluppato dal Royal Institute of Technology di Stoccolma, è stato applicato allo stesso caso d uso Controllo di Tensione, il quale permette di calcolare la probabilità di successo dei percorsi di attacco dal modello dell architettura ICT dell applicazione. Relativamente allo sviluppo del testbed, sono state implementate le applicazioni necessarie per la gestione della regolazione di tensione da parte del target di automazione, dei setpoint da parte del DSO e del TSO, dei dati di forecast e delle comunicazioni stazione/der tramite protocollo standard IEC 61850/MMS. Per quanto riguarda la sicurezza, lo stack di comunicazione IEC 61850/MMS è stato esteso mediante l implementazione di un layer intermedio su TCP per l integrazione delle funzioni di autenticazione e crittografia mediante protocollo TLS (Trasport Layer Security) secondo quanto previsto dallo standard IEC Ed.2. Nell ambito del progetto SmartC2Net, RSE ha condotto l attività di descrizione dei singoli caso d uso, e della architettura complessiva definendo, tramite opportuni diagrammi, le interazioni e le interfacce di comunicazione. Ha inoltre contribuito alla definizione del framework di valutazione dei testbed. In collaborazione con il partner Vodafone, il testbed è stato configurato per utilizzare la connettività wireless 4G LTE M2M, come rete di accesso per le comunicazioni stazione/der. La tecnologia LTE è stata testata in una prima sessione di test che ha utilizzato le versioni preliminari dei moduli client/server MMS e della sicurezza TLS. E stata inoltre avviata una collaborazione con la società di distribuzione A2A finalizzata alla validazione in area milanese di uno strumento di previsione della domanda elettrica basata sui dati delle reti mobili. Elettronica di potenza e sistemi di protezione La presenza di GD nelle reti di distribuzione in media e bassa tensione, che nella quasi totalità dei casi è connessa alla rete mediante convertitori elettronici di potenza, fa nascere l esigenza di approfondire i fenomeni di interazione fra inverter e rete elettrica per la definizione di regole di connessione, procedure di prova e tecniche innovative che possono essere applicate per consentire un largo impiego di inverter in rete garantendo la qualità del servizio. Si è quindi approfondita, attraverso lo sviluppo di modelli di simulazione di generazione eolica e fotovoltaica allacciata alla rete di distribuzione in media tensione, l analisi dell interazione degli inverter con la rete elettrica in presenza di disturbi quali: i buchi di tensione e le interruzioni. Si sono individuati i provvedimenti necessari (impiantistici e/o controllistici) per soddisfare i requisiti normativi di superamento del disturbo di rete (Fault Ride Through FRT) emersi a livello internazionale e nazionale nell ambito della definizione dei criteri di connessione alla rete. Il miglioramento della Power Quality nelle reti di distribuzione è strettamente legato all impiego di dispositivi di elettronica di potenza. In tale contesto si è inquadrata l attività di studio di un dispositivo per le reti di bassa tensione con funzioni di filtro attivo e compensazione di interruzioni e buchi di tensione, attività svolta nell ambito di una collaborazione con A2A Reti Elettriche, interessata a dispositivi BT di miglioramento della qualità della tensione, quali l Open-UPQC (Open-Unified Power Quality Conditioner). Lo studio preliminare e la caratterizzazione del dispositivo, svolta mediante simulazioni per la verifica del comportamento in condizioni di disturbo di rete e, in generale, di transitorio di carico, sono stati finalizzati all avvio della realizzazione di un prototipo di laboratorio di potenza ridotta. E stato progettato un sistema di accumulo costituito da una batteria e un convertitore che possa essere opportunamente controllato in modo da bilanciare la differenza tra la potenza generata da un impianto fotovoltaico e la potenza richiesta dal carico, soddisfacendo determinati vincoli tecnico/economici. È stato, quindi, definito e verificato in ambiente simulato un sistema di gestione dell intero sistema, che svolge le funzioni di un Energy Management System, per permettere di aumentare l autoconsumo, ridurre i picchi di Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 99 di 360

100 assorbimento di carico e ridurre i costi di approvvigionamento dell energia da rete sfruttando il sistema di accumulo presente nel dispositivo integrato. L algoritmo sviluppato lavora in modo tale da gestire nel miglior modo possibile il sistema di accumulo, evitando scariche e cariche molto profonde. Nel PAR 2013 l algoritmo è stato integrato all interno del controllore centralizzato della test facility in corrente continua di RSE allo scopo di sperimentarne il funzionamento ed individuare possibili miglioramenti. La sperimentazione ha permesso di accertare il corretto funzionamento dell algoritmo, che permette di ridurre lo scambio di potenza con la rete, poiché la potenza prodotta dall impianto fotovoltaico è in gran parte immagazzinata nel sistema di accumulo ed utilizzata dal carico. Il sistema di accumulo permette quindi di aumentare la quota di potenza fotovoltaica consumata dal carico locale, ma anche di ottenere un profilo di scambio più regolare, riducendo le variazioni veloci del fotovoltaico e i picchi di carico. L algoritmo di controllo permette, inoltre, di effettuare un Time Shift nel caso in cui la produzione del giorno successivo risulti limitata a causa di condizioni meteo non favorevoli. Sono state inoltre verificate con un modello di simulazione le seguenti funzionalità: effettuazione della regolazione primaria della frequenza, sia per sotto-frequenza che per sovra-frequenza; partecipazione alla regolazione della frequenza senza un grosso dispendio energetico; partecipazione alla regolazione anche nel caso di potenza fotovoltaica prodotta nulla, poiché la batteria può scambiare potenza in tutte le condizioni di esercizio. Lo sviluppo di reti attive pone in evidenza la necessità di una revisione critica delle strategie di coordinamento delle protezioni. E stata quindi fatta una proposta di coordinamento delle protezioni, di rete e di interfaccia dei generatori, basata sull impiego di un canale di comunicazione con cui attuare una selettività logica. L attività si è svolta nell ambito di un accordo di collaborazione con A2A Reti Elettriche Spa, che ha fornito i dati relativi all assetto delle proprie reti ed alla tipica configurazione e taratura delle proprie protezioni di rete. La proposta è stata verificata e valutata mediante simulazioni condotte sul modello di rete di distribuzione implementato, sia radiale sia magliata, arricchito con i modelli delle protezioni di interfaccia e di quelle tipiche di rete. Un architettura di protezioni, di rete e di interfaccia, che implementi i criteri di selettività analizzati, è stata caratterizzata sperimentalmente (presso il Laboratorio Prove Protezioni di RSE) anche con emulazione della rete di comunicazione tra i dispositivi. È stato inoltre affrontato il problema del riconoscimento di isole indesiderate di rete, a seguito dell apertura dell interruttore di linea per guasto o manutenzione, attraversdo un attività di prova mirata alla verifica dell applicabilità della norma internazionale IEC , relativa alle procedure di prova delle protezioni antiislanding degli inverter fotovoltaici. L impiego di dispositivi elettronici di potenza nelle reti di distribuzione è stato valutato anche attraverso studi di verifica delle prestazioni ottenibili dall applicazione di sezioni di rete in corrente continua, realizzate mediante convertitori elettronici di potenza, per la magliatura di reti MT in corrente alternata come soluzione sia per una gestione più flessibile degli scambi di potenza tra le reti, nell ottica di una diffusione della generazione distribuita nella rete MT, sia per la mitigazione della propagazione dei disturbi, di tensione e frequenza, tra le reti in c.a. interconnesse, anche in presenza di guasti in rete. Per quanto riguarda le reti in c.c. è stata realizzata, nel precedente Accordo di Programma, una rete di distribuzione attiva sperimentale in bassa tensione in corrente continua, costituita da sistemi di accumulo, carichi, un generatore controllabile ed un inverter che funge da interfaccia con la parte in corrente alternata della Test Facility di GD. E stato sviluppato e sperimentato un algoritmo di controllo centralizzato per una rete c.c. in bassa tensione, che offre possibilità di gestione di più alto livello rispetto a quello basato solamente sui controllori locali. Il controllo centralizzato permette anche la sperimentazione della rete in c.c. come risorsa flessibile e programmabile all interno della Test Facility di GD in c.a.. A partire dalla configurazione di rete in c.c realizzata nella Test Facility di RSE sono state prese in considerazione le possibili condizioni di guasto, relative al solo convertitore d interfaccia c.c./c.a., che si possono realizzare durante il suo esercizio e sono stati 20 IEC Test procedure of islanding prevention measure for utility - interconnected photovoltaic inverters, Ed.2.0, Settembre Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 100 di 360

101 studiati gli effetti sul sistema utilizzando un modello di simulazione. Sono stati individuati gli schemi di impianto più adatti alla diffusione delle reti di distribuzione attive in c.c., per una protezione efficace della rete stessa e dei suoi utilizzatori. L attività svolta in ambiente di simulazione ha permesso la verifica dei diversi possibili schemi di collegamento a terra della rete in c.c.. È stato verificato come esistano differenze nei diversi modi di gestione dello stato del neutro ed è stato sviluppato un algoritmo di controllo che permette di aumentare il margine di guasto. Sperimentazione nella test facility di Generazione distribuita di RSE La Test Facility di GD in c.a. di RSE consente di sperimentare gli algoritmi per la gestione e il controllo delle risorse energetiche presenti nella microrete e i sistemi di comunicazione. Durante il PAR 2012 sono state sperimentate le funzioni di controllo di un sistema di accumulo per rendere programmabile la produzione fotovoltaica, utilizzando anche i dati di previsione della radiazione globale prodotti attraverso i modelli sviluppati da RSE e archiviati nello SCADA della Test Facility stessa. Per la stima della produzione fotovoltaica è stato sviluppato un algoritmo basato sull interpolazione dei dati storici misurati sull impianto. Nel 2013 è stato integrato e sperimentato, nella Test Facility, un Energy Management System finalizzato all ottimizzazione economica della gestione della microrete ed è stata provata una funzione per il controllo multi giornaliero dei profili di produzione dei campi fotovoltaici. È stato sviluppato uno stimatore dello stato per reti attive di bassa tensione che sarà integrato nel sistema di supervisione e controllo della Test Facility. Sistemi di accumulo di energia di grande taglia Nell ambito dei sistemi di accumulo di energia di grande taglia, si è svolto nel PAR 2012 lo studio di fattibilità del sistema di accumulo da pompaggio marino di Foxi Murdegu (OG) in Sardegna, che è stato individuato come sito potenzialmente idoneo nel corso del precedente AdP. Nel PAR 2013 le simulazioni energetiche effettuate utilizzando una pompa-turbina reversibile a giri variabile, hanno consentito di stimare le necessarie componenti aggiuntive per la valorizzazione economica dell impianto di Pompaggio Marino di Foxi Murdegu. In particolare, si è evidenziato che il Mercato del Bilanciamento (MB) potrebbe offrire un contributo economico considerevole per la sostenibilità dell impianto, alla luce della progressiva diminuzione della differenza tra prezzi massimi e minimi del Mercato del Giorno Prima (MGP). I vantaggi per il sistema elettrico nazionale risultanti dall eventuale realizzazione dell impianto di Foxi Murdegu sarebbero rilevanti: riduzione dell energia sbilanciata nei parchi eolici circostanti; un importante incremento della massima penetrazione eolica e riduzione dei costi di dispacciamento ottenuti ottimizzando l impegno del sistema di connessione Isola-Continente. L immagazzinamento di aria compressa, o CAES (Compressed Air Energy Storage), è una delle tecnologie potenzialmente più interessanti per accumulare quantità considerevoli di energia a basso costo specifico d investimento. Unitamente agli impianti idroelettrici di pompaggio, gli impianti CAES sono gli unici in grado di accumulare e rilasciare energia per alcune ore in quantità comparabili con quelle dei grandi impianti di produzione di energia elettrica. In particolare si è concentrata l attenzione sul CAES sottomarino, che è adatto alla conformazione dei fondali italiani, in quanto presentano spesso profondità elevate nei pressi della costa. Sulla base delle indagini effettuate nel precedente AdP, sono stati identificati alcuni siti idonei alla sperimentazione di un piccolo impianto pilota costituito da un pallone sottomarino per l accumulo di aria compressa. Si è quindi svolta un analisi di fattibilità del CAES sottomarino, che prevede l installazione di un pallone a 500 metri di profondità e l impiego di una struttura galleggiante, posta sulla superficie del mare, sopra il pallone stesso, che ospiti il gruppo di compressori necessari per gonfiare il pallone alla pressione idrostatica. Lo stoccaggio del gas naturale in serbatoi geologici profondi riveste un ruolo fondamentale nel sistema energetico italiano e i 10 campi attivi permettono una capacità di erogazione di 15,6 mld/mc dei quali 5,1 destinati allo stoccaggio strategico. Questo ruolo fondamentale è ribadito nella recente Strategia Energetica Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 101 di 360

102 Nazionale 21 con l obiettivo di aumentare la capacità complessiva di stoccaggio di circa 4 mld/mc e aumentare del 14% circa la capacità di erogazione alla punta. Le attività sono iniziate nel 2013 e hanno dapprima riguardato una esauriente individuazione degli stoccaggi in esercizio in Italia inquadrandoli nella storia geologica d Italia e del suo complicato assetto strutturale e sedementario. Sono stati poi analizzati i consistenti dati di pozzo e di esplorazione profonda disponibili nell ambito del progetto ViDEPI 22 e riguardanti i titoli minerari dismessi o abbandonati dei giacimenti di idrocarburi. Il materiale censito è stato organizzato e inserito in un sistema informativo territoriale (GIS-Geographic Information System) per renderlo fruibile e di agevole consultazione. L analisi eseguita ha consentito di creare il modello geologico 3D piuttosto dettagliato di un campo a gas sfruttato parzialmente e poi abbandonato in Basilicata e relativo alla ex Concessione Fiume Basento. Gli strumenti modellistici disponibili in RSE sono stati modificati per renderli idonei a simulare il comportamento fluidodinamico e geomeccanico di un serbatoio di stoccaggio geologico del gas naturale mediante lo sviluppo di un nuovo modulo di stato che tratta il metano in un contesto multifase e multicomponente negli intervalli di pressione e temperatura attesi. Particolare cura è stata dedicata alla caratterizzazione della sismicità di un determinato sito e la ricerca ha seguito due linee principali riguardanti rispettivamente l individuazione di tutti gli strumenti utili a inquadrare la sismicità del territorio e la stima delle sollecitazioni indotte da un terremoto. Integrazione delle Fonti Energetiche Rinnovabili e della generazione distribuita nel territorio Per quanto attiene alla tematica dell integrazione delle FER nel territorio sono stati confrontati i risultati ottenuti dall applicazione della metodologia elaborata nel precedente AdP per la provincia di Prato, con gli obiettivi di sviluppo energetico stabiliti nel corso del 2012 dal piano energetico della regione Toscana. Nel corso del 2013 è stato avviato un caso studio alla scala regionale, in collaborazione con la Regione Puglia, che affronta il tema dell integrazione delle FER nel territorio in relazione alla pianificazione energetica regionale, con particolare attenzione alle criticità legate all intenso sviluppo di eolico e FV a terra nel territorio pugliese. Alla scala nazionale è stata svolta un analisi basata sulla comparazione di indicatori riguardanti aspetti della condizione ambientale, socio-economica ed energetica dei 256 comuni italiani in cui è presente almeno un impianto eolico. Tale attività, completata nel corso del 2013, ha portato alla realizzazione del progetto, basato su GIS Open Source QGIS (Quantum GIS), I territori dell eolico, uno strumento di ausilio per l analisi e la descrizione dei territori interessati dallo sviluppo dell eolico in Italia, che consente la rappresentazione contestuale della risorsa disponibile, del grado di sviluppo del settore e del suo indotto, delle ricadute socioeconomiche. Nell ambito della previsione della produzione da fonti rinnovabili non programmabili sono stati esaminati metodi per il calcolo della producibilità eolica e solare basati sui risultati di un modello numerico meteorologico. Il modello numerico utilizzato esegue operativamente previsioni meteorologiche sul territorio italiano con una risoluzione spaziale orizzontale di 5km. Questo modello può utilizzare come condizioni iniziali e al contorno le uscite di modelli globali prodotti da alcuni centri di ricerca internazionali (IFS del ECMWF/UK, GFS del NCAR/USA). Il passaggio da modello globale (con risoluzioni spaziali tra i 15 e i 50 km e temporali tra 3 e 6 ore) a modello ad area limitata (dati orari con risoluzione spaziale di 5 km) permette di usare parametrizzazioni fisiche differenti, descrizioni orografiche più accurate, attivazione di meccanismi fisici anche differenti da quelli innescati nei modelli globali, e soprattutto una frequenza temporale delle uscite maggiore, tipicamente dell ora e eventualmente anche fino ai 10 minuti. È stato quindi avviato uno studio sui metodi di aggregazione spaziale e temporale dei dati di radiazione globale e sono stati esaminati diversi sistemi probabilistici e sistemi di post-processing alternativi alle reti neurali applicati alle previsioni di potenza eolica. 21 Stategia Energetica Nazionale: per un energia più competitiva e sostenibile, Marzo 2013, 135 pp., 22 Progetto ViDEPI-Visibilità dei dati afferenti all attività di esplorazione petrolifera in Italia Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 102 di 360

103 È stata implementata la previsione di producibilità solare per impianti di diverse dimensioni, da qualche kwp a diverse decine di MWp, utilizzando post-processing basati sia su rete neurale che sulla tecnica Analog Ensemble, che fornisce non solo un indicazione del valore futuro di produzione, ma anche una banda di confidenza del dato stesso, permettendo quindi una gestione di natura probabilistica del dato di previsione. Oltre all esecuzione di alcuni casi studio, la previsione di producibilità è attiva in maniera operativa per gli impianti che afferiscono alla rete IesPV di RSE. Nell ambito della previsione di produzione da acqua fluente, è stato sviluppato un modello afflussi-deflussi sviluppato per una centrale in Valle d Aosta con un nuovo modello di scioglimento nivale. Tecnologie di generazione distribuita L attività sul fotovoltaico ha riguardato l analisi su componenti e impianti fotovoltaici di differente tecnologia al fine di determinarne l evoluzione tecnologica nel corso degli anni e al variare del sito di installazione. In particolare si sono svolte le seguenti attività: studio del comportamento outdoor di innovative tipologie di moduli in film sottile e in silicio cristallino collocate in diverse località italiane, anche in condizioni installative non ottimali per massimizzare l energia elettrica prodotta (quali, ad esempio, le installazioni su tetti e facciate di edifici civili e industriali); analisi del comportamento prestazionale e dell affidabilità di impianti fotovoltaici in esercizio in differenti condizioni climatiche; analisi di procedure e test innovativi, per la diagnosi qualitativa dei moduli fotovoltaici. Si è poi affrontato il tema relativo all accertamento delle cause degli incendi negli impianti fotovoltaici (FV), per quanto possibile con i dati e le conoscenze attuali, diversi programmi di ricerca sono attivi su tale problematica in varie parti del mondo a causa del permanere di una non trascurabile incertezza a riguardo. Quanto emerso è principalmente relativo al predominare dell origine esterna ai moduli FV nella maggior parte delle cause. L attività sperimentale svolta ha riguardato l accertamento del comportamento all incendio, ed in particolare alle caratteristiche di reazione al fuoco, dei moduli FV attraverso test su campioni di moduli commerciali e all individuazione di alcune criticità e carenze dei protocolli di prova contenuti nell attuale normativa tecnica a riguardo. Nel settore della generazione termoelettrica un interessante variante delle microturbine a gas naturale è costituita dalle microturbine a combustione esterna (EFMTG). Seppur ancora in fase di sviluppo, la tecnologia considerata prevede una combustione esterna con caldaie a pressione atmosferica, garantendo quindi i vantaggi tipici della tecnologia delle turbine a gas unitamente allo sfruttamento delle biomasse. L attenzione è stata quindi inizialmente focalizzata sull integrazione di questi impianti in edifici del settore terziario, valutandone le prestazioni sia dal punto di vista energetico/ambientale sia dal punto di vista economico. Tale soluzione non ha ancora raggiunto la maturità commerciale: alcune problematiche di scambio termico sono infatti ad oggi fattori estremamente limitanti in termini di indici prestazionali e indisponibilità. Gli studi sono infatti oggi orientati ad incrementare le temperature di scambio termico e a risolvere fenomeni di corrosione e ossidazione a carico degli scambiatori di calore fumi/aria. Sono stati quindi individuati alcuni impianti installati sul territorio nazionale con lo scopo di poter meglio indagare tali problematiche. Tra questi, e stato selezionato l impianto di proprietà dell azienda agricola Casanuova con sede a Zibello (PR) con la quale è stato stipulato un accordo di collaborazione. Si tratta di un impianto con una delle configurazioni più complete, prevedendo l accoppiamento di due EFMTG da 100kW e di un ORC da 125kW. Si sono quindi avviate le seguenti attività: valutazione dei principali indici prestazionali d impianto; analisi delle emissioni al camino in termini di polveri totali e composizione; valutazione dei fenomeni di ossidazione e/o corrosione a carico dello scambiatore fumi/aria. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 103 di 360

104 Stato attuale delle tecnologie Nel contesto del SET-Plan europeo, l European Energy Research Alliance (EERA è sorta a fine 2008 allo scopo di rinforzare, espandere e coordinare la ricerca a medio e lungo termine nel settore energetico attraverso la collaborazione a livello europeo su specifici programmi di ricerca, così da evitare la dispersione di risorse finanziarie e la frammentazione delle strategie di ricerca dell UE. L EERA, e soprattutto le iniziative industriali europee EII (European Industrial Initiatives), sono i due principali pilastri sui quali può contare l Europa per il raggiungimento degli obiettivi del SET-Plan. Il programma di ricerca congiunto EERA o Joint research Programme (JP) Smart Grid, che è coordinato da RSE, è stato uno dei primi JP che sono stati lanciati da EERA in occasione della SET-Plan Conference di Madrid a Giugno del 2010 e in perfetto sincronismo con EEGI. Attualmente il JP vede il coinvolgimento di 19 istituti di ricerca pubblici in rappresentanza di 16 nazioni europee. Il JP Smart Grid permette ai diversi partecipanti di condividere con gli altri importanti centri di ricerca europei coinvolti, informazioni e risultati tecnico-scientifici di primaria importanza su molti argomenti innovativi di punta nel campo delle Smart Grid. Nell ambito dei progetti europei legati al SET Plan, come prodotto dell attività di EERA, è da citare l Integrated Research Programme on Smart Grid ELECTRA, avviato a fine 2013, che è stato creato dai partner EERA per rinforzare e accelerare la cooperazione nella ricerca a medio e lungo termine in Europa. Insieme al JPSG di EERA, ELECTRA intende raggiungere un significativo grado di coerenza tra i diversi progetti di ricerca nazionali critici per uno stabile funzionamento del sistema elettrico europeo del Il progetto del 7 FP UE GRID+ svolge il suo compito a supporto dell iniziativa europea industriale sulle reti (EEGI) per la quale viene effettuata una mappatura dei progetti dimostrativi su larga scala finalizzati a verificare le innovazioni tecnologiche legate al mondo delle Smart Grid. In particolare il progetto GRID+ analizza i progetti di ricerca, sviluppo e dimostrazione contenuti nel database JRC sui progetti Smart Grid, confrontando gli obiettivi dichiarati dai singoli progetti con le linee di ricerca e dimostrazione contenute nelle roadmap dell iniziativa EEGI. Questo esercizio è finalizzato a individuare le tematiche che sono già state analizzate dai progetti dimostrativi passati e attualmente in corso e a evidenziare le priorità di ricerca identificate dall EEGI che non sono ancora state analizzate dai progetti in corso. L iniziativa internazionale ISGAN (International Smart Grid Action Network) è un iniziativa del Clean Energy Ministerial ed è organizzata come Implementing Agreement in ambito IEA. L iniziativa è finalizzata a supportare un efficace cooperazione internazionale nella promozione, sviluppo e implementazione delle SG, e a facilitare la condivisione di conoscenze in questo settore al fine di accelerarne l applicazione in rete. A livello europeo, il tema delle reti attive è stato affrontato in numerosi progetti finanziati dai Framework Program (FP5, FP6 e FP7) di ricerca lanciati dalla Comunità Europea. Oltre al già citato ELECTRA si evidenzia in particolare il progetto GRID4EU che ha come obiettivo la dimostrazione su larga scala di soluzioni avanzate di reti attive per l Europa. L avanzamento delle attività realizzative del dimostratore italiano del progetto europeo GRID4EU ha permesso di completare l integrazione del sistema di controllo centralizzato VoCANT e di iniziare la verifica delle sue prestazioni. Anche gli altri progetti europei correlati hanno continuato i loro sviluppi, portando contributi significativi. In particolare, il progetto IGREENGrid, il cui obiettivo principale è quello di definire tecnologie e linee guida per l integrazione nelle reti di distribuzione dei generatori da fonti rinnovabili, ha portato ai primi risultati: l individuazione delle principali barriere, tecniche, economiche e normative, che ostacolano tale integrazione, la definizione di Key Performance Indicator (KPI) che aiutino a formare una classifica delle diverse soluzioni tecnologiche, in accordo con architettura EEGI, la realizzazione di un ambiente per la raccolta dei dati significativi dei sei progetti demo coi quali sono chiamate a confrontarsi le elaborazioni all interno di IGREENGrid. Il progetto evolvdso (il suo scopo principale è quello di tratteggiare il nuovo ruolo che i DSO sono chiamati a ricoprire e a realizzare strumenti di supporto per i DSO stessi) ha proceduto alla definizione degli scenari di riferimento, alla descrizione delle funzionalità in gioco, all individuazione e alla descrizione dei Business Use Case relativi al ruolo dei DSO. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 104 di 360

105 Allo scopo di controllare la generazione distribuita, i requisiti di connessione alla rete sono stati rivisti sia nei sistemi di protezione che interfacciano la generazione distribuita alla rete, sia nella richiesta di nuove funzionalità per il sistema generatore-inverter, al fine di fornire servizi al sistema elettrico in termini di gestione degli scambi di potenza attiva e reattiva con la rete, di partecipazione al controllo della tensione in rete e di insensibilità agli abbassamenti di tensione. Questa revisione si è concretizzata in un evoluzione del contesto normativo e regolatorio nazionale e internazionale, nell ambito del quale si ricorda la norma CEI relativa alle connessioni alla rete di bassa tensione e l analoga norma CEI rivolta alla rete in media tensione. La gestione attiva e integrata delle risorse distribuite connesse in rete è stata affrontata in ambito europeo anche su impianti sperimentali di diversa taglia e caratteristiche. I risultati ottenuti a piccola scala su impianti sperimentali possono fornire utili informazioni prima dell effettiva dimostrazione in reti reali. I dispositivi elettronici di potenza nelle reti di distribuzione non offrono soltanto un interfacciamento flessibile per la generazione da fonte rinnovabile ma anche una possibilità di miglioramento della qualità della tensione fornita, ottenibile anche dagli stessi dispositivi di interfaccia. Il tema della qualità è oggigiorno di interesse sia nazionale sia internazionale specie con la diffusione della generazione distribuita. Nell ambito delle microreti vi è particolare interesse nello sviluppo di sistemi di controllo per il funzionamento in isola intenzionale e la gestione della transizione da microrete connessa a isola. Molte università e centri di ricerca di tutto il mondo svolgono attualmente studi e sperimentazioni, in particolare negli USA è attivo un gruppo di ricerca specifico presso il Berkeley Lab, un centro di ricerca e sperimentazione finanziato dal Department Of Energy (DOE). In ambito europeo, all interno del progetto GRID4EU due dei sei dimostratori considerano la gestione di microreti in isola. Nel contesto delle Smart Grid i temi dell interoperabilità, delle tecnologie informatiche e della comunicazione stanno assumendo un ruolo sempre più importante e sono considerati dall importante iniziativa europea a supporto della standardizzazione attivata mediante la costituzione dello Smart Grid Coordination Group (SG- CG) in ambito CEN/CENELEC/ETSI e dal comitato tecnico 57 di IEC. Le tecnologie di integrazione dei sistemi basate su middleware stanno assumendo un ruolo di rilievo all interno delle utility, come testimoniato dalla crescente diffusione delle soluzioni basate su Enterprise Service Bus (ESB) nell ambito dei Distribution Management System (DMS). Un ulteriore esempio di applicazione di moderne tecnologie ICT nell ambito della gestione dei sistemi elettrici è rappresentato dalle tecnologie di sviluppo di componenti software basate su strumenti Model Driven. I componenti software così ottenuti sono caratterizzati da un elevato grado di interoperabilità, in quanto risultano basati su processi semi-automatici di sviluppo del software originati da modelli informativi. L interesse per la sicurezza informatica delle reti attive è confermata dalle numerose attività sull argomento intraprese dai principali comitati di standardizzazione internazionale (ISA, NIST, IEC, NERC, IEEE) e dai cospicui investimenti governativi USA (DOE e DHS) che da anni vengono stanziati per lo sviluppo di attività e laboratori dedicati alla valutazione sperimentale dei malfunzionamenti ICT dei sistemi di controllo elettrici. Nell ambito dei comitati normativi di riferimento per il settore elettrico, quali IEC 25 e NIST 26, la tematica della cyber security è considerata un criterio di successo importante per un funzionamento affidabile, efficiente e sicuro delle Smart Grid. In ambito CIGRE sono attivi diversi gruppi di lavoro sulla sicurezza ICT, tre nel comitato D2 sulle Telecomunicazioni e uno nei comitati D2 e B5 sull automazione di stazione. Sempre in tema di standardizzazione delle Smart Grid, a livello Europeo la sicurezza ICT viene riconosciuta in ambito CEN/CENELEC/ETSI dal gruppo di lavoro SGIS dello SG-CG (mandato M/490 EN) e dalla task sulla 23 CEI 0-21 Regola tecnica di riferimento per la connessione di Utenti attivi e passivi alle reti BT delle imprese distributrici di energia elettrica, Giugno CEI 0-16 Regola tecnica di riferimento per la connessione di Utenti attivi e passivi alle reti AT ed MT delle imprese distributrici di energia elettrica, Ed.3.0, Dicembre IEC Smart Grid Standardization RoadMap, SMB Smart Grid Strategic Group SG3, Edition 1.0, Giugno NIST Internal Report 7628, Guidelines for Smart Grid Cyber Security, 3 Volumes, The Smart Grid Interoperability Panel Cyber Security Working Group, Agosto 2010 Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 105 di 360

106 cyber security degli smart meter dello SM-CG (mandato M/441 EN). Da un punto di vista tecnologico, costituiscono un riferimento europeo gli sviluppi dello standard IEC (attualmente in corso nel WG15 del TC57) relativamente alla sicurezza delle comunicazioni end-to-end, role-based access control, key management e ICT monitoring. A livello regolatorio, il gruppo EG2 (Expert Group 2) della Task Force Smart Grid, supportato dall agenzia ENISA (European Network and Informations Security Agency) sono incaricati dell emissione del quadro regolatorio Europeo in tema di gestione, sicurezza e protezione dei dati in modo da garantire un opportuno allineamento delle normative stabilite ed applicate dai singoli stati membri. La valutazione e gestione dei rischi ICT nelle reti energetiche è sostenuta anche dai numerosi progetti dei programmi EPCIP e FP7, tra cui SoES, SmartC2Net e Electra, finanziati dalla Commissione Europea. La generazione distribuita, i sistemi di accumulo e un numero sempre crescente di carichi sono interfacciati alle reti elettriche tramite dei convertitori c.c./c.a. Nasce quindi l interesse per lo sviluppo di reti di distribuzione attive in c.c., perché possono garantire dei benefici dal punto di vista dell efficienza energetica, della sicurezza e della qualità del servizio. Con lo scopo di sviluppare tali reti di distribuzione, a livello domestico o nel terziario, si stanno formando delle associazioni a livello europeo ed internazionale. A livello Europeo, ENIAC Joint Undertaking (JU) ha messo in atto un progetto denominato DCC+G con un budget di 18,4 M per il triennio , per sviluppare nuovi dispositivi di elettronica di potenza, con lo scopo finale di realizzare dei dimostrativi a livello di edifici commerciali. Allo stesso modo, ma a livello Internazionale, Emerge Alliance associa diversi partner industriali al fine di sviluppare rapidamente delle reti di distribuzione in continua a livello di stabili commerciali, anche attraverso la definizione di nuovi standard. Nell ambito dei sistemi di accumulo di energia di grande taglia, risulta sempre più stringente la necessità di mantenere e di potenziare la capacità di accumulo dei bacini idroelettrici esistenti, e di favorire l integrazione di quote sempre crescenti di energia prodotta da fonti rinnovabili intermittenti. Sono quindi allo studio ipotesi di realizzazione di nuovi impianti, come ad esempio lungo le coste norvegesi per supportare i parchi eolici offshore in progetto nei mari dell Europa settentrionale. Sono stati studiati e sperimentati con successo prototipi di nuova concezione, con centrale in caverna che sfruttano il mare come serbatoio inferiore. Il primo impianto di pompaggio marino è stato realizzato a Okinawa, in Giappone, dove nel 1999, fu costruito un prototipo sperimentale di 30 MW, che fu mantenuto in esercizio per 5 anni, monitorandone le condizioni operative e valutandone tutti i possibili impatti. Attualmente sono in fase di studio e di progetto nuove realizzazioni di questo tipo, in particolare in Irlanda, Stati Uniti (Hawaii) e Australia. L Italia è un paese con un notevole sviluppo costiero e alcuni litorali, soprattutto lungo la fascia tirrenica e le isole, sono sufficientemente scoscesi, montuosi e poco antropizzati da prestarsi alla costruzione di questo tipo di impianto. È importante sottolineare che nell ambito del Programma Horizon 2020, un tema di interesse riguarda la call item LCE-9 Large Scale Storage e in particolare l accumulo per pompaggio realizzato in nuove località utilizzando anche acqua marina. I sistemi CAES (Compressed Air Energy Storage), il cui concetto risale agli anni 70 del secolo scorso, stanno incontrando un rinnovato interesse per applicazioni centralizzate di grande taglia (dell ordine delle centinaia di MW). Questa tecnologia di accumulo è oggetto di attività di ricerca, sviluppo e dimostrazione, in particolare negli USA, in Germania e nel Regno Unito (Università di Nottingham, sul CAES sottomarino). Negli USA: Bonneville Power Administration, PNNL, diversi partner industriali ed utilities hanno finanziato un progetto da 790 k$ per lo studio di fattibilità di sistemi CAES nel bacino geologico dell entroterra degli stati di Oregon e Whashington. In Texas, APEX e Dresser-Rand hanno recentemente siglato un accordo per la realizzazione del primo grande impianto CAES (317 MW) progettato dopo decenni negli Stati Uniti: l Apex Bethel Energy Center. In California, Pacific Gas & Electric (PG&E) sta sviluppando, con co-finanziamento DOE + EPRI di 50 M$, un progetto di CAES da 300 MW e 10 ore di autonomia, con accumulo dell aria in rocce porose. Tra i numerosi progetti dimostrativi co-finanziati dall EPRI si citano il progetto di un impianto above-ground da 10,5 MW e 4,5 ore di autonomia da realizzare nell area di New York City (co-finanziatore: New York State Energy Research and Developement Authority), quello di un impianto da 250 MW con autonomia di ore, da realizzare, con serbatoio sotterraneo, nel distretto di Sacramento (co-finanziato Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 106 di 360

107 da Sacramento Municipal Utility District) ed il progetto di un piccolo (2-4 MW) impianto dimostrativo di CAES adiabatico a sali fusi, proposto da Hydro One. In Germania, il progetto ADELE, nato nel 2010 dalla collaborazione di German Aerospace Center (DLR), Ed.Züblin AG, Erdgasspeicher Kalle GmbH, GE Global Research, Ooms-Ittner-Hof GmbH e RWE Power AG e cofinanziato dal Ministero dell Economia e della Tecnologia Tedesco tramite il programma COORETEC, prevede la realizzazione di un impianto di CAES adiabatico entro la fine del Per quanto riguarda il CAES sottomarino, ancora molto meno indagato delle precedenti tipologie, si segnala un finanziamento SBIR (Small Business Innovation Research) negli Stati Uniti per uno studio di fattibilità di Brayton Energy su sistemi modulari realizzati in cemento da installare sul fondale marino. In Europa, l Università di Nottingham, sostenuta da E.ON, si sta, invece, concentrando su sistemi a pallone, nella prospettiva di installare un dimostrativo al largo delle coste Scozzesi. Lo stoccaggio del gas è una condizione preliminare e indispensabile per la modulazione della vendita del gas nei paesi moderni. L utilizzo del gas come fonte di energia è iniziato in Italia dopo la grande scoperta del giacimento di Caviaga in provincia di Lodi nel 1944 cui seguì la scoperta di altri giacimenti tanto che nel 1962 in Italia si producevano 7 mld di metri cubi di gas posizionandola al terzo posto nel mondo dopo Unione Sovietica e Stati Uniti. All inizio i primi stoccaggi furono concepiti per consentire all AGIP l ottimizzazione della produzione in funzione del consumo per passare, quando cominciarono le importazioni massicce del gas da altri stati, a creare una rete di modulazione con funzione anche di riserva strategica in grado di affrontare interruzioni per cause tecniche e geopolitiche. Attualmente in Italia sono in funzione 10 campi di stoccaggio, negli ultimi anni le attività di stoccaggio sono state piuttosto energiche con investimenti significativi e attualmente sono in corso di realizzazione 3 nuovi impianti di stoccaggio a San Potito e Cotignola in Emilia Romagna, Bordolano e Cornegliano in Lombardia con operatori rispettivamente Edison Stoccaggio, STOGIT e Italgas Storage. Gli sviluppi futuri di breve termine e ragionevolmene entro il 2015, prevedono un aumento delle capacità di stoccaggio di 1380 milioni di mc di gas e l iter di autorizzazione per 6 nuovi siti è avviato. La realizzazione di impianti di stoccaggio sotterranei è anche uno degli elementi prioritari della politica energetica della Commissione Europea per il raggiungimento degli obiettivi energetici al 2020 e i progetti selezionati come di interesse comune avranno un vantaggio duplice, che consiste in un più rapido procedimento autorizzativo (max. 3 anni) e una via proritaria dei finanziamenti UE con sostegno della UE stessa sotto forma di obbligazioni e sovvenzioni. Da ultimo si evidenzia che all estero lo stoccaggio del gas è perseguito non solo in giacimenti esausti come in Italia, ma anche in acquiferi salini profondi e formazioni saline. La rapida crescita del volume di installazioni di impianti FER di questi ultimi anni ha comportato anche un notevole incremento dei problemi di gestione di tale sviluppo. L elevato grado di sfruttamento dei nostri territori rende infatti sempre più delicata l occupazione del territorio finalizzata allo sfruttamento delle risorse, e un crescente disagio è lamentato sia dalle popolazioni ospitanti che dalle pubbliche amministrazioni coinvolte nel processo autorizzativo degli impianti. A queste crescenti necessità è stata recentemente fornita, seppur in modo parziale, una specifica risposta normativa, con l emanazione delle linee guida per l autorizzazione degli impianti alimentati a fonti rinnovabili (DM 10/09/2010) e con il DM 6 luglio 2012 sul sostegno alle FER, nei quali i principi cardine di tutela delle risorse energetiche, del territorio e di recupero ambientale, sono esplicitati in criteri preferenziali di selezione dei progetti orientati al minor consumo possibile del territorio, al riutilizzo di aree già degradate da attività antropiche, allo sfruttamento di infrastrutture esistenti, al ricorso a tecnologie virtuose. Sebbene i temi della governance e dell accettabilità sociale dei progetti di sviluppo delle infrastrutture elettriche siano principalmente declinati a livello locale, regionale e nazionale, sono numerosi i progetti internazionali che si occupano di monitorare le attività di ricerca e sviluppo portate avanti dai singoli Paesi e di favorire il confronto tra le varie esperienze. A questo proposito si citano: il task 28 dell IEA Wind, gruppo di lavoro avviato nel 2010 sul tema specifico dell accettabilità sociale degli impianti eolici; il subprogramme Public perception and engagement avviato nel 2013 all interno del Joint Programme Economic, Environmental and Social Impacts of Energy Policies and Technologies dell EERA. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 107 di 360

108 Anche in ambito Horizon 2020, sono numerose le call dell area Secure, Clean and Efficient Energy che pongono l accento sui temi dell accettabilità sociale delle diverse tecnologie pulite e delle policy di supporto al loro sviluppo. Sono stati attivati diversi progetti a livello nazionale ed internazionale, in cui il ruolo delle previsioni di producibilità delle fonti rinnovabili non programmabili nel contesto delle reti attive è riconosciuto essere fondamentale. In particolare si citano qui di seguito alcuni esempi di progetti che vedono anche la partecipazione di RSE. Nell ambito dell azione COST ES1002 WIRE Weather Intelligence for Renewable Energies è stato effettuato un confronto tra le prestazioni di diversi metodi predittivi di potenza per alcuni impianti solari ed eolici, ed è stato redatto lo stato dell arte al 2012 in merito alle attività di R&D a livello europeo per quanto attiene la previsione di producibilità eolica e solare. Il progetto EERA Joint Program on Smart Grids include un attività specifica in merito alle previsioni a brevissimo e a breve termine di generazione e di consumo finalizzata all ottimizzazione della gestione della risorsa da parte delle reti intelligenti. I progetti INTrEPID (un progetto FP7-ICT) e CITIES Centre for Intelligent Energy System in Cities (progetto nazionale sponsorizzato dal Consiglio Strategico della Ricerca della Danimarca) mirano a sviluppare metodologie e tecnologie su scale che vanno dai singoli edifici a loro aggregati, fino ad un livello urbano, ma comunque sempre finalizzate a gestire in maniera intelligente la produzione ed il consumo di energia, e per cui la stima della producibilità fino a 2-3 giorni è cruciale. La continua immissione sul mercato di nuove tecnologie di moduli fotovoltaici e la conseguente necessità di valutarle con opportune prove sperimentali di tipo innovativo sta interessando numerosi ricercatori internazionali. Si ritiene che le norme attuali non siano in grado di individuare e prevenire le cause di degrado nei moduli realizzati con nuove tecnologie e differenti materiali. In ambito scientifico e normativo si stanno quindi sperimentando nuove procedure per determinare le caratteristiche funzionali dei moduli FV, soprattutto per analizzare il degrado causato dai fenomenti bave di lumaca (o Snail Tracks) e PID (Potential induced Degradation) 27. Nello stesso tempo, l ampia diffusione di impianti fotovoltaici, sia in Italia che nel resto d Europa, comporta sempre più l esigenza di verificare le prestazioni e l affidabilità in esercizio di tali impianti nonché di affinare le tecniche di diagnosi dei componenti (principalmente moduli e inverter), ricorrendo anche a metodi non ancora standardizzati. Inoltre, la necessità di limitare l utilizzo di alcuni elementi per la realizzazione delle celle fotovoltaiche (ad es. piombo nelle saldature, indio e argento come conduttori) sta comportando la necessità di ricercare e validare nuovi materiali nell ottica di uno sviluppo su grande scala della generazione di energia mediante la tecnologia fotovoltaica, come evidenziato dalla Commissione Europea all interno della Roadmap sul fotovoltaico 28. Il rischio d incendio negli impianti fotovoltaici è una tematica che solo recentemente ha attirato l attenzione degli addetti al settore a causa dei diversi incidenti accaduti negli ultimi anni. In particolare, il ruolo rivestito dai moduli fotovoltaici in tale contesto rimane ancora da chiarire completamente, a causa delle conoscenze relativamente scarse relative al loro comportamento al fuoco e agli eventuali fenomeni di innesco che potrebbero avere origine nei moduli stessi. Per quanto concerne la normativa tecnica, sia quella nazionale, sia quella internazionale, attualmente, sono ancora incomplete a riguardo. A livello europeo, presso il CENELEC TC 82 Solar photovoltaic energy systems è in fase di sviluppo la proposta di norma tecnica External fire exposure to roofs in combination with photovoltaic (PV) arrays - Test method(s), mentre a livello nazionale si trova in fase di revisione presso il CEI CT 82 Sistemi di conversione fotovoltaica dell''energia solare la Guida CEI Guida alla progettazione, realizzazione e gestione di sistemi di generazione fotovoltaica collegati alle reti elettriche di Media e Bassa Tensione. Nello scenario in evoluzione delle reti elettriche, la ricerca di soluzioni ICT applicate alle reti di distribuzione energetica deve essere condotta mettendo in sinergia adeguate competenze disciplinari operando su due fronti: innovare le modalità di gestione delle reti e degli impianti (dispacciamento), 27 (ad es. IEC/TS Test methods for detection of potential-induced degradation (PID) of crystalline silicon photovoltaic modules) 28 Commission staff working paper, Materials Roadmap Enabling Low Carbon Energy Technologies, Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 108 di 360

109 promuovere lo sviluppo delle infrastrutture di rete. Il tema dell adeguatezza delle infrastrutture di rete per far fronte all attuale e futuro cambiamento di paradigma del settore elettrico è una delle questioni centrali, per cui, nel quadro strategico per il quadriennio (Autorità dell Energia) è stato individuato un obiettivo cruciale basato su criteri di selettività e in logica output-based. In particolare, logiche di tipo output-based richiedono lo sviluppo di metriche condivise con gli stakeholder e rendono necessaria l identificazione di grandezze facilmente misurabili e controllabili; richiedono inoltre la valorizzazione ex-ante dei benefici associati agli obiettivi che si intende perseguire. Inoltre, per poter valutare i potenziali benefici che potrebbero derivare dall introduzione dei clienti attivi (sia lato generazione distribuita, sia lato servizi di demand response ) nel mercato dei servizi di dispacciamento, è necessario sviluppare un adeguato interfacciamento degli impianti dei clienti attivi con la rete di distribuzione elettrica. Ciò si realizza attraverso l utilizzo di infrastrutture di telecomunicazione basate sullo sviluppo di nuovi paradigmi, quali le comunicazioni machine-to-machine (M2M). I recenti sviluppi delle tecnologie M2M sono infatti in grado di offrire ai fornitori di energia gli strumenti per l'ottimizzazione dei servizi esistenti, relativi alla gestione della rete di distribuzione elettrica, poiché favoriscono l'automazione dei processi e/o compiti di norma effettuati manualmente da operatori umani agevolando il miglioramento della qualità dei servizi forniti all'utente. Con riferimento al ruolo che il mondo ICT può giocare con l integrazione nelle reti energetiche, va fatta una macro divisione per individuare gli ambiti in cui è possibile intervenire. Una prima indicazione già individuata da onem2m, organizzazione che si propone di definire le specifiche tecniche della piattaforma M2M, è quella di suddividere in domini distinti le varie componenti della rete TLC deputata a controllare e gestire reti di altra natura (energia, acqua, gas, autostrade etc.): un dominio dei dispositivi, un dominio della rete (intesa come rete di trasporto per Telecomunicazioni) ed un dominio delle applicazioni. Ciascuno dei tre domini, enunciati in ordine gerarchico, dovrà essere indipendente ma interoperabile con gli altri domini. La realizzazione di una rete di potenza innovativa in grado di essere telegestita o telecontrollata automaticamente è basata da una parte, su un analisi dello stato dell'arte delle soluzioni relative alle tecnologie M2M; dall'altra, su un'analisi dei vincoli e dei requisiti tecnici necessari affinché la tecnologia M2M più idonea allo scenario considerato possa essere adottata e diffusa. Caratteristica del paradigma M2M è infatti la flessibilità delle soluzioni disponibili in funzione dei requisiti imposti dal dominio delle applicazioni, per cui i vincoli imposti dall applicazione finale saranno determinati sulle scelte tecnologiche da adottare. In generale, non è possibile considerare un unica soluzione per tutti gli scenari di applicazione, ma è necessario definire una molteplicità di soluzioni a seconda degli scenari d uso. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 109 di 360

110 IL PROGETTO NEL TRIENNIO Obiettivo finale dell attività L obiettivo principale del Progetto è lo sviluppo e la sperimentazione di metodologie e tecnologie di controllo e comunicazione, dispositivi di elettronica di potenza, sistemi di protezione e di accumulo di energia per rendere possibile la transizione da reti di distribuzione che fino a non molto tempo fa erano esclusivamente passive a reti sempre più attive e intelligenti, in seguito al forte sviluppo delle fonti rinnovabili. Sono stati quindi definiti obiettivi specifici per ognuna delle linee di ricerca in cui è stato articolato il progetto. Linea 1 - Smart Grid: supporto alle attività internazionali RSE partecipa a numerose attività ed iniziative strategiche sia europee sia internazionali sulle Smart Grid, spesso con l incarico del coordinamento del lavoro. Grazie a questa posizione saranno perseguiti i seguenti obiettivi: valutare la diffusione delle Smart Grid, le sue implicazioni e indirizzi in diversi contesti europei ed extraeuropei, mediante la partecipazione alle diverse iniziative in corso; coinvolgere partner italiani nelle attività dei vari filoni di ricerca delle diverse iniziative, principalmente quelle in cui RSE svolge anche il ruolo di coordinatore (ovvero il JPSG EERA- European Energy Research Alliance, l iniziativa del Clean Energy Ministerial ISGAN), con particolare riferimento alle istituzioni, agli operatori di rete, alle imprese industriali, alle università e centri di ricerca; lanciare e coordinare l iniziativa Smart Grid Italia, raccogliendo adesioni tra le industrie italiane, concordando la struttura dell organizzazione e definendo il programma di attività; favorire l integrazione della ricerca svolta in Italia nell ambito degli obiettivi comunitari del SET Plan (per quanto riguarda sia la Ricerca di Sistema sia quella delle università e degli altri centri di ricerca); favorire lo svolgimento efficiente ed efficace dell iniziativa europea, anche riportando al Comitato Interministeriale di coordinamento ed al gruppo di riferimento italiano per il SET Plan sugli sviluppi delle attività e sulle iniziative intraprese nel contesto delle iniziative europee ed internazionali, e partecipando attivamente ai lavori delle diverse iniziative citate, valorizzando i risultati dei progetti dimostrativi sulle Smart Grid in corso di sviluppo in Italia. Linea 2 - Sistemi di controllo di GD e reti attive, e pianificazione delle reti attive Sotto-linea 2.1 Controllo GD e reti attive Identificazione dei servizi che la rete di distribuzione attiva deve rendere disponibili per la rete di trasmissione al fine di assicurare l esercizio in sicurezza dell intero sistema e, al contempo, sostenere la diffusione della generazione distribuita. Sperimentazione del sistema di controllo VoCANT (Voltage Controller in Active Network Topology) su una rete reale MT, che include anche dispositivi di accumulo elettrico, e sua revisione in base ai risultati delle prove in campo. Raffinamento e sperimentazione dello stimatore dello stato di una rete attiva di media tensione. Realizzazione del sistema di controllo VoCANT+, per reti attive in MT e in BT ed in grado di gestire anche la produzione di energia elettrica da cogenerazione. Estensione del simulatore software per il comportamento dinamico della rete di distribuzione, finalizzato allo studio e al testing di sistemi di controllo locali e centralizzati per reti di distribuzione attive. Definizione delle caratteristiche e delle potenzialità di differenti strutture di controllo di una rete attiva MT, controllo coordinato e controllo predittivo MPC (Model Predictive Control), in diverse condizioni operative normali e di emergenza. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 110 di 360

111 Sviluppo di un sistema di Energy Management per microreti BT, applicato alla Test Facility RSE, basato su metodi di ottimizzazione di tipo misto intero. Sviluppo di algoritmi di controllo per il funzionamento in isola di una microrete, per la gestione del transitorio all isola e viceversa. Simulazioni e verifiche sperimentali volte a caratterizzare il comportamento di una porzione della Test Facility di GD di RSE durante la transizione ed il funzionamento in isola in presenza di uno o più inverter dotati di sistema di controllo droop. Studio sulle funzionalità e sull integrabilità nella rete elettrica di un impianto di generazione solare a concentrazione, combinato con una turbina a gas e caldaia a recupero. Sotto-linea 2.2 Pianificazione reti attive Studi sulle applicazioni degli accumuli e sulla localizzazione ottimale dei sistemi di accumulo nelle reti di distribuzione attive. Analisi delle alternative di pianificazione in una rete MT in presenza di impianti di generazione eolica e a biomassa, valutando anche l uso di dispositivi di accumulo elettrico. Co-simulazione (simulazione congiunta degli aspetti elettrici e di comunicazione nelle reti attive): definizione di obiettivi, strumenti e metodologie con lo sviluppo di esempi applicativi. Realizzazione di un ambiente per la cosimulazione, dimostrandone l utilizzo nella pianificazione e nella gestione delle reti di distribuzione. Linea 3 - Sistemi di comunicazione per reti attive Applicazione di modelli informativi standardizzati per la rappresentazione della struttura e delle funzioni per la gestione della rete. Studio di applicazioni di controllo/automazione per la rete di distribuzione, basata su dispositivi intelligenti in comunicazione fra loro, su cui sperimentare l impiego di standard che garantiscano l interoperabilità dei sistemi e delle reti. Applicazione di tecnologie ICT per realizzare l interoperabilità tra sistemi. Metodologia per la definizione dei requisiti di comunicazione per applicazioni Smart Grid. Caratterizzazione di canali di comunicazione power line sulle reti di distribuzione in media tensione e studio dei fattori che influenzano le prestazioni di comunicazione. Analisi dei casi d uso per le Smart Grid, definizione delle architetture ICT e dei requisiti per la sicurezza delle comunicazioni. Utilizzo di strumenti di modellazione per la valutazione del rischio e dell efficacia di contromisure in grado di soddisfare i requisiti di sicurezza dei sistemi di comunicazione, da integrare nelle nuove applicazioni ICT delle Smart Grid. Sperimentazioni nel laboratorio di cyber security: simulazioni di architetture e protocolli integrate nei sistemi per il telecontrollo delle reti di distribuzione attive, previsti dalla normativa in corso. Le sperimentazioni riguardano la sicurezza delle comunicazioni per il Controllo di Tensione nelle reti attive con risorse distribuite connesse in media tensione. Linea 4 - Integrazione della GD nelle reti di distribuzione: inverter, protezioni e automazione Sotto-linea 4.1 Dispositivi e protezioni per reti attive in c.a. Studio di dispositivi per reti BT, con realizzazione di un prototipo in scala ridotta, per il miglioramento della Power Quality (filtro attivo e compensazione di interruzioni e buchi di tensione, Compensatore Universale ) e la gestione di sistemi di accumulo, e di un sistema che integra un accumulo e un generatore fotovoltaico asservito ad un utente attivo in bassa tensione in grado di fornire anche servizi ancillari di rete. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 111 di 360

112 Sperimentazione degli algoritmi di controllo, per la fornitura di servizi ancillari di rete, sviluppati per un dispositivo fotovoltaico-accumulo attraverso l utilizzo della test facility in corrente continua. Sperimentazione di nuove funzioni di Energy Management System per l ottimizzazione economica e tecnica di un sistema integrante un impianto fotovoltaico e una batteria. Analisi economica di reti con forte penetrazione di inverter atti al miglioramento della PQ. Applicazione della metodologia di analisi economica di reti con forte penetrazione di inverter atti al miglioramento della PQ per la valutazione della sostenibilità economica di micro-reti di distribuzione alimentate in isola, in presenza di generazione interfacciata con elettronica di potenza. Analisi di strategie di coordinamento delle protezioni basate su selettività logica in una rete di distribuzione sia radiale sia magliata, che coniughi l esigenza di selezionare rapidamente il tronco guasto, di evitare condizioni di funzionamento in isola e di garantire la maggior capacità possibile di connessione di generazione distribuita. Caratterizzazione dal punto di vista della comunicazione di un sistema di coordinamento delle protezioni per reti attive magliate basato su selettività logica; verifica della coesistenza di dispositivi di differenti produttori. Sotto-linea 4.2 Reti attive in c.c. Analisi di soluzioni di reti attive in MT in c.a. magliate grazie all inserimento di collegamenti in c.c. per una migliore gestione delle problematiche di guasto nelle reti c.a. e di gestione dei flussi di potenza in presenza di GD. Studio e analisi di reti attive MT in CA magliate ad anello con collegamenti in CC: verifica della possibilità di controalimentazione delle linee CA tramite tali collegamenti. Studio dei modi di gestione del neutro e definizione dei criteri di protezione e sicurezza per le persone in caso di guasti nelle reti attive in corrente continua. Sperimentazione di algoritmi di controllo centralizzati della Test Facility in corrente continua e integrazione della rete in continua come risorsa flessibile e programmabile all interno della Test Facility di GD in c.a. Sperimentazione della rete attiva in corrente continua non isolata da terra e in presenza di capacità verso terra. Sperimentazione della rete attiva in corrente continua in presenza di guasti verso terra. Realizzazione della rete in corrente continua estesa. Linea 5 - Sperimentazione sulla Test Facility di Generazione Distribuita in BT Sperimentazione di algoritmi di controllo (Energy Management e VoCANT+) per la gestione della rete della Test Facility di GD di RSE: ottimizzazione energetica e regolazione del profilo di tensione. Sviluppo e sperimentazione dello stimatore dello stato di una rete attiva di bassa tensione integrato nel sistema di controllo della Test Facility di GD. Sperimentazione del funzionamento in isola di parte della Test Facility. Sperimentazione di risorse distribuite integrate nella Test Facility. Integrazione della Test Facility di GD con l impianto pilota di rete attiva in MT di A2A (Smart Grids Lambrate). Linea 6 - Sistemi di accumulo di energia di grande taglia Sotto-linea 6.1 Pompaggio idroelettrico Studio delle problematiche ambientali connesse all integrazione degli impianti di pompaggio (anche marino) sul territorio. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 112 di 360

113 Integrazione dei sistemi di pompaggio con impianti basati su Fonti Rinnovabili Non Programmabili (FRNP): predisposizione ed analisi di casi campione. Progetto di massima di un impianto di pompaggio di acqua di mare, integrato con gli impianti eolici presenti in un area idonea. Iniziative e configurazioni per la sostenibilità economica d'impianti di pompaggio. Sotto-linea 6.2 Stoccaggio gas naturale e CAES Valutazione critica dai punti di vista energetico, processistico e tecnologico delle possibili soluzioni di accumulo CAES con particolare riferimento a soluzioni di tipo adiabatico. Studio di fattibilità di un piccolo impianto sperimentale (compressore + accumulo) di accumulo di aria compressa in un serbatoio sottomarino. Studio dell impatto delle operazioni di stoccaggio gas in giacimenti esausti ai fini della sicurezza anche mediante simulazioni numeriche con il codice SIAM (Sistema Integrato di Analisi Modellistica) e caratterizzazione sismica di alcuni siti strategici. Linea 7 - Fonti rinnovabili: tecnologie, meteorologia e territorio Sotto-linea 7.1 Aspetti ambientali e meteorologia Sviluppo di metodologie e studi atti a promuovere l inserimento sostenibile dei progetti di sviluppo delle Fonti Energetiche Rinnovabili nel territorio. Studio sull accettabilità sociale e sulla sostenibilità ambientale dell eolico. Realizzazione del WebGIS I territori dell eolico. Definizione di un quadro delle possibilità di sviluppo delle FER sulle isole minori non interconnesse, che tenga conto della pluralità di aspetti che ne determinano l effettiva sostenibilità. Sviluppo di modelli di previsione di variabili meteorologiche inerenti le fonti rinnovabili non programmabili, quali: irraggiamento solare e intensità del vento e precipitazione, al fine di calcolare la producibilità energetica per impianti fotovoltaici, eolici onshore e ad acqua fluente. Implementazione in RAMS dell utilizzo in real-time delle previsioni di aerosol atmosferici, al fine di migliorare la previsione di radiazione diffusa e diretta. Implementazione di una catena operativa per la previsione, fino a tre giorni in avanti, dell energia producibile eolica e solare fotovoltaica per un generico impianto, a partire dalle misure di energia immessa dall impianto e dalle previsioni di variabili meteorologiche. Valutazione sperimentale degli errori di previsione della produzione fotovoltaica ed eolica. Valutazione delle tecniche di Analog Ensemble e Reti NN per la previsione di produzione di un aggregazione di numerosi impianti fotovoltaici di piccole dimensioni. Sotto-linea 7.2 Generazione distribuita Prove di laboratorio innovative su moduli fotovoltaici (FV) per analizzare il degrado che può verificarsi sui nuovi materiali. Monitoraggio di impianti FV di differenti tipologie installati in vari siti italiani ed impiego di nuove metodologie di analisi delle prestazioni, al fine di fornire utili indicazioni per massimizzare l energia elettrica prodotta dagli impianti FV. Test in campo di impianti fotovoltaici che adottano differenti tipologie di inverter e analisi comparata delle prestazioni energetiche; Stima dell efficacia degli attuali protocolli di prova utilizzati per la verifica della sicurezza dei moduli FV in caso d incendio. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 113 di 360

114 Identificazione delle principali cause d incendio dei moduli FV negli edifici e individuazione di opportune indicazioni per l ottimizzazione dei protocolli di prova utilizzati per accertare il comportamento al fuoco dei moduli FV. Valutazione economica della potenzialità degli impianti EFMTG-ORC in funzione della taglia d impianto e della normativa vigente. Analisi delle prestazioni di un ciclo combinato cogenerativo alimentato a biomassa basato sulla tecnologia delle microturbine a combustione esterna (EFMTG) con a valle un ciclo ORC. Valutazione dei fenomeni di ossidazione e/o erosione a carico degli scambiatori fumi/aria dell impianto EFMTG-ORC operante ad elevata temperatura. Sviluppo di un modello matematico di uno scambiatore di calore fumi/aria di potenza e tipologia analoghe a quello presente in impianto. Linea 8 - Sicurezza informatica e infrastrutture di comunicazione M2M per reti attive Analisi delle tecnologie di comunicazione machine to machine per la gestione delle risorse energetiche distribuite. Analisi delle problematiche di cyber security per la comunicazione con nodi posti oltre il contatore. Descrizione dell attività a termine Il progetto, ad orizzonte triennale, è strutturato in sette linee di attività, che intendono coprire diversi aspetti del controllo e della sicurezza dello sviluppo del sistema elettrico di distribuzione che vede una presenza sempre più rilevante di fonti di generazione elettrica molte delle quali non controllabili. Questa evoluzione impatta inevitabilmente sulle regole di esercizio dell intero sistema elettrico ma nello stesso tempo offre la possibilità di una gestione efficiente dell energia con un minor impatto sull ambiente e sul territorio. Le linee di attività intendono quindi affrontare questi aspetti che vanno dalla gestione delle risorse energetiche distribuite attraverso adeguati algoritmi di controllo e sistemi di comunicazione, allo sviluppo e integrazione dei sistemi di accumulo di energia per offrire una maggior stabilità e sicurezza al sistema elettro-energetico, all integrazione delle fonti rinnovabili nel territorio con l intento di garantirne uno sviluppo armonizzato con le risorse locali. Linea 1 - Smart Grid: supporto alle attività internazionali Nel corso del triennio si garantirà la partecipazione attiva dell Italia nelle principali iniziative internazionali nel settore delle Smart Grid, quali: L iniziativa industriale europea EEGI: in questo contesto, si riporterà al Comitato Interministeriale ed al gruppo di coordinamento italiano del SET Plan sugli sviluppi dell attività e sulle iniziative intraprese nel contesto delle iniziative europee ed internazionali, per favorire lo svolgimento efficiente ed efficace dell iniziativa europea; inoltre si riporteranno a livello europeo i risultati dei progetti dimostrativi sulle Smart Grid in corso di sviluppo in Italia; questo compito sarà svolto anche attraverso il coordinamento del progetto europeo GRID+; Il progetto Smart Grid dell EERA: si coordineranno le attività del progetto congiunto sulle Smart Grid e ci si adopererà per lo sviluppo e la crescita dell iniziativa, rappresentandola in ogni contesto anche extra-europeo (con particolare riferimento alla collaborazione US-EU ed EU-JP nel settore della ricerca sulle reti del futuro). Si coordinerà altresì il recepimento nei rapporti di RdS degli insegnamenti e delle informazioni elaborate nel gruppo EERA; questa attività sarà favorita dal recente conferimento a RSE dell incarico di coordinamento del progetto europeo ELECTRA; L iniziativa CEM-ISGAN: in quanto Presidente dell Implementing Agreement IEA, si coordineranno le attività dell iniziativa e ci si adopererà per il suo sviluppo e la sua crescita, rappresentandola e promuovendola in ogni contesto e facilitando lo svolgimento del suo programma di azione. Si rappresenterà l Italia nel Comitato Esecutivo dell iniziativa, contribuendo, insieme agli altri membri italiani designati nei diversi ambiti, ai lavori operativi dei diversi Annex, guidando quelli nei quali l Italia potrà esprimere al Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 114 di 360

115 meglio la propria leadership internazionale, con particolare riferimento all Annex 1 (Smart Grid drivers and initiatives), all Annex 2 (Case studies), all Annex 3 (Cost benefits analysis and toolkits), all Annex 5 SIRFN (Smart grid International Research Facility Network) e all Annex 6 (Power Transmission and Distribution systems). Si costituirà e renderà operativa un iniziativa nazionale mirror di quella di ISGAN che farà leva sul progetto CORRENTE di GSE e che costituirà una sorta di tavolo italiano partecipato dai principali attori della supply chain italiana delle Smart Grid; in questo contesto si favorirà il recepimento nei rapporti di ricerca di sistema degli insegnamenti e delle informazioni elaborate nei diversi gruppi di ISGAN. A livello scientifico proseguirà la partecipazione attiva ai comitati CIGRE legati alle Smart Grid: in quanto experts nell ambito del Comitato di Studio SC 06 Distribution Systems and Dispersed Generation, e attivi in alcuni gruppi di lavoro di tale Comitato (Demand Side Response - WG 09; Development and operation of active distribution networks - WG 11; Smart Metering state of the art, regulation, standards and future requirements - WG21; WG22 e D2.31 sull Information Security nel Comitato di Studio D2 Information Systems and Telecommunications), ci si adopererà per favorire lo scambio di informazioni e l accordo sulle metodologie di sviluppo delle Smart Grid nei diversi contesti, a stretto contatto con gli altri partecipanti italiani al fine di rappresentare una posizione nazionale. Si evidenzia inoltre la partecipazione allo Smart Grid Coordination Group del CENELEC, in attuazione ad uno specifico mandato della Commissione Europea e la partecipazione al comitato di direzione delle ETP (European Technology Platform) Smart Grid. Linea 2 - Sistemi di controllo di GD e reti attive, e pianificazione delle reti attive La necessità e l obbligo di produrre energia elettrica a partire da fonti rinnovabili sta portando a profondi cambiamenti nelle reti di distribuzione. Le reti di distribuzione sono infatti oggi chiamate a connettere la maggior parte degli impianti ad energia rinnovabile, numerosi, di piccola taglia, spesso imprevedibili nella loro erogazione di potenza e dislocati in prossimità di reti anche con pochi carichi da alimentare. Di fatto si sta assistendo al progressivo passaggio da una struttura di rete in cui i flussi di potenza procedono dalla rete di trasmissione verso quella di distribuzione, ad una struttura in cui generatori distribuiti immettono energia nella rete di distribuzione ed in cui sempre più frequentemente si ha un flusso di potenza verso la rete di alta tensione. Tutto ciò impatta sulla stabilità della rete e richiede di conseguenza nuovi meccanismi di controllo, sia della rete sia degli stessi generatori. Nel precedente AdP è stata sviluppata una prima versione del controllore VoCANT (Voltage Controller in Active Network Topology), applicativo per il controllo centralizzato di una rete attiva di distribuzione di media tensione. VoCANT garantisce che la rete attiva controllata operi nel rispetto dei vincoli tecnici (tensioni ai nodi, correnti ai rami, scambi di reattivo con la rete AT), agendo con opportune azioni di controllo su risorse proprie del distributore (variatore sotto carico, eventuali sistemi di accumulo) e risorse offerte da terzi (modulazione della potenza reattiva e attiva dei generatori). Il sistema di controllo centralizzato è basato su un Optimal Power Flow (OPF) in corrente alternata, che individua la soluzione ottima minimizzando una funzione di costo su un arco temporale di 24 ore. L ottimizzazione viene effettuata, nel rispetto dei vincoli tecnici, sulla base di valutazioni anche di tipo economico, assegnando (mediante appositi file di costo ) pesi differenti alle diverse azioni possibili. Si prevede l utilizzo di VoCANT all interno di un sistema di controllo di una rete MT reale, sia nell ambito della collaborazione con ACEA sia, soprattutto, del progetto EU GRID4EU (DEMO 4: dimostratore su rete italiana di Enel), con lo scopo di validare e migliorare l algoritmo sulla base dei risultati dei test in campo e delle esigenze che saranno messe a fuoco dall utilizzo in situazione reale. Al fine di consentire adeguata flessibilità alla piattaforma VoCANT, proseguirà inoltre l attività di messa a punto degli strumenti per la descrizione standard delle reti (formato CIM), la loro visualizzazione e aggiornamento. Sulla base dei risultati raggiunti, il sistema sarà migliorato, come funzionalità e prestazioni e sarà realizzato un dispacciatore (VoCANT+) in grado di gestire gli elementi di una rete di distribuzione in MT, e che potrà anche essere usato per coordinare le risorse presenti in una rete di bassa tensione, come la Test Facility di RSE. VoCANT+ terrà conto degli aspetti sia elettrici che termici (cogeneratori), oltre che dei possibili controllori locali delle macchine e dovrà essere in grado di mantenere l assetto (con tempistica lenta ) anche durante l esercizio in isola della microrete. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 115 di 360

116 Saranno analizzate le diverse applicazioni dei sistemi di accumulo elettrochimico nelle reti di distribuzione. Si affronterà in modo analitico il tema della collocazione ottimale dei sistemi di accumulo nelle reti di distribuzione. In particolare si tratterà il confronto tra l impiego di sistemi centralizzati, di grossa taglia e installati a livello di stazione AT/MT, e sistemi distribuiti, di taglia media o piccola e installati a livello del produttore o dell utente (cabina MT/BT). Saranno effettuate sperimentazioni anche sulla rete di Generazione Distribuita di RSE, tenendo conto delle esigenze specifiche in termini di estensione a carichi programmabili, gestione dell energia termica da cogenerazione e interazioni con i controllori locali dei generatori. Per ottimizzare le prestazioni delle Smart Distribution Network (SDN) e pianificarne lo sviluppo sono necessari nuovi strumenti di calcolo in grado di simulare simultaneamente (co-simulazione) il comportamento dei sistemi di distribuzione dell energia elettrica, di controllo e di comunicazione, tenendo conto delle varie interdipendenze tra di essi. Infatti, il funzionamento non corretto di uno di questi sistemi (ad esempio, un azione di controllo sbagliata, un errore di comunicazione o un semplice ritardo nella trasmissione del segnale) o la sua parziale e temporanea indisponibilità a causa di un guasto può facilmente compromettere le prestazioni dell intera SDN. Si inizierà a valutare l applicazione della co-simulazione all esercizio delle SDN, cioè della valutazione del comportamento della rete elettrica insieme alla rete di comunicazione sovrapposta, inquadrando le problematiche relative e definendo gli strumenti software da utilizzare e le metodologie da mettere a punto. Si realizzerà una piattaforma per la co-simulazione, dando esempi significativi del suo utilizzo basati su dati di reti reali. Inoltre saranno sviluppati e provati in simulato altri, più avanzati, approcci al controllo di tensione di reti MT, in particolare sarà sviluppato un controllore di tipo MPC (Model Predictive Control) in grado di dispacciare in anello chiuso i set point di potenza reattiva ai generatori della rete, al fine di ottimizzare una cifra di merito basata sullo scostamento di alcune misure di rete (tensioni e scambi di reattivo con l alta tensione) rispetto ad un valore di equilibrio desiderato. Un vantaggio di questa tecnica consiste nel poter definire vincoli espliciti sia sulle variabili di controllo, per rispettare la capability dei generatori, sia sulle variabili controllate, per rispettare limiti tecnici o di contratto. A supporto dello studio di queste architetture di controllo ma anche di altre che saranno sviluppate in futuro, è stato sviluppato e verrà utilizzato in questa attività, un sistema di simulazione dinamica della rete e di sistemi di controllo basato sull integrazione di piattaforme di simulazione commerciali come DigSilent Powerfactory, per la rete elettrica e Matlab/Simulink per il controllo di rete. Uno dei temi di ricerca di maggior interesse nell ambito delle Smart Grid è la gestione delle microreti. Queste sono porzioni della rete di distribuzione di media o di bassa tensione, con linee, carichi e Generazione Distribuita. La loro caratteristica principale è che possono essere considerate come entità controllate all'interno della rete, con la potenzialità di alimentare un gruppo di utenti, adattando la qualità della fornitura e riducendo i costi. La Test Facility (TF) di RSE viene utilizzata come banco di prova delle attività sulle reti attive ed è dotata di un versatile e facilmente configurabile sistema di controllo, e costituisce un ottimo esempio di microrete. La gestione di una microrete, con la necessità di combinare diverse tecnologie, suggerisce l adozione di un approccio più flessibile nel controllo che viene espletato mediante un controllore centralizzato (Micro Grid Centralized Controller - MGCC) che coordina mediante un Energy Management System (EMS) la produzione ed il consumo delle risorse nella microrete. Lo sviluppo di nuovi algoritmi per EMS, che potranno essere integrati e provati nello MGCC della TF, sarà quindi oggetto di questa attività di ricerca, tenendo ovviamente conto dei risultati raggiunti nelle attività di dispacciamento e controllo sopra descritte. La possibilità di un esercizio di porzioni di reti attive di distribuzione in condizioni di isola intenzionale verrà approfondita mediante simulazioni al calcolatore e prove condotte utilizzando l inverter di interfaccia della rete di GD in corrente continua presente nella TF di RSE. In particolare si effettueranno prove di transizione e di funzionamento in isola in presenza di carichi di potenza attiva pari a quella attualmente consentita dalla configurazione dell accumulo disponibile nella rete in c.c. (massimo 60 kw) e comunque di potenza apparente inferiore a quella nominale dell inverter. Le transizioni in isola saranno realizzate per diverse condizioni di Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 116 di 360

117 scambio di energia con la rete prevalente. Oltre a un carico programmabile di tipo RLC, si prevede di utilizzare anche motori elettrici e carichi a potenza costante. Le grandezze oggetto di analisi saranno le tensioni e le correnti (valori efficaci ed istantanei) nei nodi significativi della rete in modo da poter catturare il comportamento di tutti i componenti interessati dai transitori in gioco. L attività sperimentale sarà supportata da simulazioni digitali di approfondimento per l analisi delle condizioni di transizione e funzionamento in isola in presenza di due generatori dotati di controllo droop, per approfondire le possibili interazioni tra le due macchine e la capacità delle stesse di garantire un corretto funzionamento dell isola a fronte di transitori di carico e/o di generazione. I risultati delle simulazioni forniranno indicazioni utili sull eventuale messa a punto del sistema di controllo e sull installazione di una seconda macchina adatta al funzionamento in isola, che potrebbe effettuarsi nel successivo AdP. Come è noto gli impianti ad energia rinnovabile sono caratterizzati da una intrinseca aleatorietà nella produzione di energia. La non programmabilità della loro produzione può portare a problemi di esercizio della rete a cui sono connessi. Si avvierà un attività che tratterà un impianto ibrido solare-turbogas, in grado di superare tale limite grazie all eventuale apporto di gas naturale. Infatti, questo sistema è costituito da un impianto solare a concentrazione che utilizza pannelli riflettenti piani (eliostati) che inseguono il sole, concentrando la luce solare verso un ricevitore posto sulla sommità di una torre centrale e al suo interno riceve l aria dal compressore di un impianto turbogas. L aria compressa si riscalda fino a una temperatura di 900 C, dal ricevitore viene inviata verso la camera di combustione del turbogas dove riceve un ulteriore riscaldamento dalla combustione di gas naturale e quindi si espande in turbina fornendo l energia meccanica al generatore. I gas di scarico vengono quindi diretti a un generatore di vapore che recupera l energia termica per produrre vapore che viene impiegato per produrre ulteriore energia elettrica con una turbina a vapore. Con una tale configurazione di impianto, una eventuale, non prevista mancanza della fonte rinnovabile può essere infatti compensata dall iniezione aggiuntiva di combustibile nella camera di combustione del turbogas. Sarà sviluppato un simulatore completo del sistema di controllo dell impianto che potrà essere utilizzato per studi di rete. Linea 3 - Sistemi di comunicazione per reti attive Lo sviluppo della Smart Grid include nuove funzionalità di gestione e controllo che richiedono una crescente interazione fra una molteplicità di sistemi diversi, che si scambiano informazioni per collaborare al raggiungimento di un obiettivo. La realizzazione della Smart Grid richiede quindi un elevato grado di integrazione dei sistemi ed alti livelli di interoperabilità, con una crescente rilevanza delle moderne tecnologie informatiche e di comunicazione. L argomento interoperabilità nelle applicazioni per le Smart Grid riguarderà le metodologie e gli strumenti ICT utili allo sviluppo di nuove applicazioni per la gestione e l esercizio del sistema elettrico, che richiedono un elevato grado di interoperabilità dei sistemi che lo costituiscono. Verranno considerate le tecnologie ICT utili per la realizzazione dell interoperabilità nelle Smart Grid, esaminando le loro potenzialità e i possibili ambiti di utilizzo. Tenendo conto dei modelli informativi per il sistema elettrico proposti in ambito IEC, saranno in particolare sperimentate le tecniche di sviluppo software basate su modello informativo (Model Driven Engineering) in vari ambiti applicativi. Tali tecniche di sviluppo software agevolano l interoperabilità dei sistemi, in quanto consentono la realizzazione parzialmente automatizzata dei componenti software sulla base di modelli dati standard. La natura eterogenea e la numerosità dei sistemi ICT del sistema elettrico, congiuntamente all esigenza del contenimento dei costi, richiede la definizione di standard in grado di garantire l interoperabilità tra i vari sistemi/dispositivi. La ricerca prevista nel triennio, che assume come riferimento l attività in corso in ambito IEC e l attività svolta dallo Smart Grid Coordination Group (SG-CG) per promuovere la standardizzazione della Smart Grid a livello europeo (mandato CE M/490), avrà lo scopo di contribuire attivamente alla definizione di soluzioni standard Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 117 di 360

118 ICT in grado di assicurare l interoperabilità tra sistemi, riducendo nel contempo i rischi per la sicurezza informatica. Le soluzioni individuate saranno oggetto di sperimentazione sia in ambito RSE sia in collaborazione con partner esterni. L attività sarà sviluppata secondo le seguenti direttrici: Tecnologie ICT per l interoperabilità tra sistemi e requisiti dei servizi di telecomunicazione per Smart Grid In tale contesto verrà sperimentato l utilizzo di modelli informativi standard per la rappresentazione delle reti elettriche (standard CIM) e delle funzioni di gestione operativa ad esse associate (standard IEC-61850) al fine di favorire l interoperabilità tra sistemi. Verranno applicate tecnologie di sviluppo software basate su modello informativo (model driven engineering) in diversi contesti applicativi. Un primo ambito riguarderà la trasformazione di rappresentazioni topologiche di reti elettriche da formato custom a formato standard CIM. Un secondo ambito applicativo riguarderà la realizzazione di componenti software per la gestione del lato domanda, basata su interfacce derivate da modelli dati. Si individueranno i criteri per correlare i requisiti delle reti di comunicazione necessari alla realizzazione di funzionalità della Smart Grid con la relativa offerta degli operatori telecom. In ambito internazionale si contribuirà alle attività dello Smart Grid Coordination Group europeo, costituitosi da parte degli enti di normativa in risposta al mandato M/490 della Commissione Europea relativo alla definzione di standard per le Smart Grid con particolare riferimento alla definizione di procedure per verificare l interoperabilita dei sistemi. In ambito nazionale si contribuirà alla definizione delle modalità di interfacciamento ICT tra la rete di Distribuzione ed i generatori distribuiti, nell ambito della norma CEI Caratterizzazione dei canali di comunicazione di tipo PLC per reti MT Per quanto riguarda i mezzi di comunicazione di interesse per la Smart Grid, le attività di ricerca riguarderanno il canale power line (PLC), per la stretta correlazione di questo mezzo trasmissivo con l infrastruttura elettrica. Si approfondirà l analisi delle misure di caratterizzazione della funzione di trasferimento e del rumore di canali power line su reti reali di media tensione in esercizio. Si studierà inoltre la dipendenza dalle caratteristiche fisiche dei canali delle prestazioni di dispositivi power line a larga banda, installati sulle stesse reti di distribuzione di media tensione. Verranno infine analizzate le attuali procedure di verifica delle prestazioni di reti Ethernet/IP per valutarne i problemi di applicabilità a reti con canali di comunicazione tempo varianti, quali i canali power line e wireless. Analisi delle architetture di casi d uso per le Smart Grid e requisiti per la sicurezza delle comunicazioni L attività descriverà le architetture di controllo ICT di casi d uso secondo la metodologia e il template fornito dal gruppo SP dello SG-CG, includendo diagrammi che rappresentano il layer di comunicazione e i componenti delle funzioni di controllo. L applicazione del security toolbox fornito dal gruppo SGIS dello SG-CG per la valutazione qualitativa della sicurezza consentirà di attribuire livelli di sicurezza agli asset informativi, e di individuare un insieme di scenari anomali del caso d uso Controllo di Tensione da utilizzare in un attività di valutazione quantitativa del rischio cyber basata sull utilizzo di strumenti di modellazione. La valutazione del rischio verrà supportata dalle misure raccolte dalle sperimentazioni in laboratorio sull effetto degli attacchi alle comunicazioni in presenza di contromisure quali la sicurezza end-to-end prevista dallo standard IEC Parte 3 e le tecniche di monitoraggio della rete elettrica e della rete informatica. Le sperimentazioni delle comunicazioni tra stazione e DER includeranno il test della tecnologia LTE come rete di accesso al canale. In ambito Europeo, si contribuirà al raggiungimento degli obiettivi tecnici e di divulgazione (pubblicazioni e Workshop) previsti dal piano di lavoro dei progetti SoES, SmartC2Net ed Electra e si effettueranno azioni mirate alla condivisione delle conoscenze all interno del gruppo di lavoro H4SGCS (Hub for Smart Grid Cyber Security), alle industrie e istituzioni italiane e alla comunità europea. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 118 di 360

119 In ambito internazionale si contribuirà alle attività dello gruppo SGIS dello SG CG europeo, con particolare riferimento all applicazione del security toolkit ai casi d uso delle Smart Grid. Le attività di analisi, simulazione e sperimentazione si avvarranno dei risultati ottenuti dai progetti europei correlati e contribuiranno alla specifica e validazione degli standard di sicurezza IEC, nonché alle pubblicazioni in ambito Cigré CEN/CENELEC/ETSI. Linea 4 - Integrazione della GD nelle reti di distribuzione: inverter, protezioni e automazione I livelli sempre più elevati di penetrazione della GD, il prevedibile maggior impatto delle tecnologie informatiche da un lato e dei convertitori elettronici dall altro, richiederanno una rivisitazione dei criteri di progettazione e di gestione dei sistemi elettrici in MT e BT che saranno dotati di un maggior livello di automazione. Inoltre, si dovranno rivedere le logiche e le tecnologie di protezione per le reti attive. Il tema dell integrazione della GD nelle reti di distribuzione deve essere affrontato analizzando ed approfondendo non solo gli aspetti relativi all inserimento di dispositivi elettronici di potenza nella loro funzione di interfacciamento della GD, ma anche guardando al miglioramento della Power Quality in rete e alla possibilità di fornire servizi ancillari. L aleatorietà delle fonti rinnovabili e la variabilità della richiesta dei carichi potrà spingere a svincolare, almeno parzialmente i diagrammi di produzione da quelli della generazione favorendo l introduzione di dispositivi di accumulo dell energia anche a livello di utente. Inoltre, la generazione distribuita, i sistemi di accumulo, e un numero sempre più elevato di carichi sono di fatto interfacciati con le reti in c.a. attraverso convertitori c.c./c.a, ed è quindi prevedibile che disporre anche di un sistema di distribuzione in corrente continua possa in futuro garantire vantaggi dal punto di vista dell efficienza energetica, della sicurezza e della qualità dell alimentazione. Si ritiene quindi di interesse per il sistema elettrico affrontare gli argomenti qui di seguito illustrati. Studio e analisi di dispositivi per reti BT, per il miglioramento della Power Quality, la gestione di sistemi di accumulo e per l integrazione di un sistema di accumulo e di un impianto fotovoltaico In questa attività si procederà alla modellazione, studio e analisi del comportamento di un dispositivo ( Compensatore Universale ) per le reti di bassa tensione dedicato al miglioramento della PQ (filtro attivo, compensazione di interruzioni e buchi di tensione) e alla gestione di sistemi di accumulo associati alla GD. Si definiranno innanzitutto i requisiti funzionali del dispositivo per procedere al suo dimensionamento. La caratterizzazione del dispositivo verrà svolta mediante simulazioni che ne verifichino il comportamento in condizioni di disturbo di rete e, in generale, di transitorio di carico. Lo studio preliminare sarà finalizzato alla realizzazione di un prototipo di potenza ridotta. L attività in oggetto sarà svolta nell ambito di una collaborazione con A2A Reti Elettriche, interessata a dispositivi BT di miglioramento della qualità della tensione, quali l Open-UPQC (Open-Unified Power Quality Conditioner), dispositivo costituito da un elemento serie e da uno derivato: il sistema oggetto dello studio e della sperimentazione rappresenta una possibile soluzione per l elemento derivato dell Open-UPQC. Sarà anche progettato, modellizzato e studiato un sistema costituito da una batteria collegata a un generatore fotovoltaico, sul lato comune in c.c., da inserire in un utenza domestica in bassa tensione. Il sistema dovrà fornire diversi servizi all utente e alla rete elettrica, quali l autoconsumo, lo spianamento dei picchi di carico, la riduzione dei costi di approvvigionamento dell energia elettrica, la regolazione della frequenza, la funzione di UPS oltre che la regolazione del profilo di scambio di energia con la rete elettrica. Gli algoritmi sviluppati saranno inoltre integrati e sperimentati tramite la Test Facility in corrente continua di RSE, che è dotata di un generatore fotovoltaico con convertitore c.c./c.c., un sistema d accumulo con convertitore c.c./c.c. e un inverter d interfaccia con la test facility di GD in alternata. Le funzioni di controllo sviluppate potranno essere trasferiti all industria per realizzare un prodotto della taglia desiderata. Infine verrà condotta, in collaborazione con l Università di Trieste, un analisi economica di tipo costi/benefici di reti con forte penetrazione di inverter atti al miglioramento della PQ (soluzioni Premium Power Park gestite dal Distributore), per valutare la sostenibilità economica di micro-reti di distribuzione alimentate in isola. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 119 di 360

120 Studio e analisi di logiche di coordinamento delle protezioni per reti attive L inserimento in rete di generazione distribuita pone l esigenza di rivedere le logiche ed il coordinamento delle protezioni in funzione di una rete attiva e non più passiva. In questo contesto si effettuerà, nell ambito di una collaborazione con A2A Reti Elettriche, lo studio e la caratterizzazione di un sistema di protezione per reti attive dotato di selettività logica e basato su scambio di informazioni. In particolare, l analisi sarà rivolta a strutture di rete di distribuzione in configurazione sia radiale sia magliata, quali strutture a petalo e ad anello. Inoltre, si procederà con la caratterizzazione sperimentale in laboratorio di una architettura di protezioni, di rete e di interfaccia, che implementi i criteri di selettività analizzati. Prove sperimentali su inverter per connessione in rete di GD Saranno messe a punto in laboratorio delle procedure di prova per inverter che operano nell ambito delle reti attive, considerando le prove di caratterizzazione funzionale prescritte dalla recente normativa in materia di allacciamento alle reti di distribuzione. Studio e analisi di reti attive MT in c.a. magliate con collegamenti in c.c. Si studierà l applicazione di sezioni di rete di distribuzione in corrente continua, realizzate mediante convertitori elettronici di potenza, per l interconnessione di reti MT in corrente alternata per realizzare strutture magliate. Lo studio sarà focalizzato in particolare sugli aspetti di mitigazione della propagazione dei disturbi, di tensione e frequenza, tra le reti in c.a. interconnesse. Infine si valuterà l efficacia di limitatori di corrente, basati su dispositivi elettronici di potenza, posti nelle interconnessioni in c.c. e in grado di intervenire in caso di guasto a protezione dei banchi di condensatori. Scopo finale dell attività sarà la valutazione dei benefici ottenibili con l adozione di tali collegamenti in c.c., in termini di sistema di protezione in reti di distribuzione MT magliate e di gestione dei flussi di potenza in presenza di GD. Analisi teorica e sperimentale della gestione del neutro, dei guasti e dei criteri di protezione nelle reti di distribuzione in corrente continua L attività si propone di studiare sistemi distributivi caratterizzati dalla presenza contemporanea di sezioni in c.a. ed in c.c., con massiccia presenza di dispositivi elettronici di conversione. In particolare si ritiene necessario approfondire lo studio del comportamento del sistema in presenza di guasti verso terra nella rete in c.c., cioè l esame del suo comportamento in relazione allo stato del neutro al fine di progettare un efficace sistema di protezioni per l impianto e per le persone. Sarà definita una rete generica che trovi riscontro in possibili scenari futuri portando a privilegiare l introduzione di parti di reti distributive in c.c.. Si procederà a studiarne il comportamento nelle varie ipotesi di guasto in relazione al modo di gestione del neutro del sistema ed in relazione alle strategie di controllo implementate sui convertitori presenti. A valle degli studi teorici si procederà alla modifica della rete in corrente continua di RSE secondo lo schema per la gestione del neutro più conveniente e verranno quindi sperimetate alcune condizioni di guasto e i criteri di protezione individuati attraverso gli studi teorici. Progetto dell estensione della rete in corrente continua presente in RSE I risultati degli studi riguardanti la distribuzione in continua saranno impiegati per il progetto e la realizzazione dell estensione della attuale rete di RSE. Si prevede la realizzazione di una linea a tre conduttori della lunghezza di 150 metri che collegherà l attuale quadro di distribuzione in corrente continua con un nuovo quadro di distribuzione. Questo nuovo quadro permetterà l inserimento di nuovi componenti tra cui un ulteriore convertitore di accoppiamento con la rete in alternata. Linea 5 - Sperimentazione sulla Test Facility di Generazione Distribuita in BT Le attività di sviluppo di sistemi di controllo condotte nelle linee 2 e 4, trovano in questa linea la loro naturale continuazione, in quanto la TF di GD di RSE offre la possibilità di verifiche sperimentali in ambiente controllato. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 120 di 360

121 L attività prevede l integrazione e la sperimentazione, nella Test facility, di nuove risorse distribuite, di componenti per il monitoraggio della rete e di algoritmi di controllo. Saranno di conseguenza ampliate le funzionalità dello SCADA della test facility. In particolare verranno implementati e sperimentati algoritmi per l ottimizzazione delle risorse energetiche, per la gestione di accumuli elettrici, per il controllo dei profili di potenza ed energia, e per la gestione della microrete in isola. Saranno integrati nel sistema di controllo della TF e sperimentati gli algoritmi atti a garantire un profilo predefinito di potenza immessa in rete da fotovoltaico, attraverso l utilizzo di dati di previsione di radiazione solare e una opportuna gestione delle batterie presenti nella rete. Saranno sperimentate funzioni di controllo della tensione e di dispacciamento (programmatore terziario-ems) per l ottimizzazione energetica giornaliera della microrete. Il controllore VoCANT+, sviluppato nella linea 2, sarà integrato e sperimentato nella TF. Sarà sviluppato uno stimatore dello stato di una rete attiva in bassa tensione. Lo stimatore verrà integrato nel software di supervisione e controllo della Test Facility di GD, e verificato in differenti condizioni di rete. Saranno effettuate attività sperimentali relative all integrazione della TF con l impianto pilota di rete attiva MT di Lambrate nell ambito del progetto Smart Grid a fronte della Delibera AEEG 39/10 Lambrate. Le attività riguarderanno principalmente la verifica sperimentale di funzioni innovative quali il telescatto da remoto dell impianto, la regolazione di potenza attiva e reattiva della microrete in funzione delle richieste del distributore e funzioni di dispacciamento locale e di previsione dei generatori a fonte rinnovabile. Il sistema di controllo per la transizione ed il funzionamento in isola della rete BT, anch esso sviluppato nella linea 2, sarà integrato e sperimentato nella TF di GD relativamente a una parte della microrete Lambrate. Linea 6 - Sistemi di accumulo di energia di grande taglia La crescente penetrazione nelle reti elettriche di impianti di generazione distribuita comporta la necessità di realizzare sistemi che compensino ad esempio l aleatorietà e la non programmabilità di fonti come quella eolica e solare. Le tecnologie di accumulo di energia costituiscono l elemento base di questi sistemi. Il pompaggio idroelettrico è tipicamente connesso alla rete di trasmissione ed è previsto in crescita in Europa. Si presta a svolgere le funzioni di accumulo di grande capacità, per favorire il bilanciamento dei carichi, la regolazione della frequenza, la generazione di riserva e l integrazione di quote sempre crescenti di energia prodotta da fonti rinnovabili. I sistemi CAES (Compressed Air Energy Storage), stanno incontrando un rinnovato interesse per applicazioni centralizzate di grande taglia (dell ordine delle centinaia di MW ), di particolare interesse sono i sistemi cosiddetti adiabatici, ovvero senza utilizzo di combustibili fossili. Unitamente agli impianti idroelettrici di pompaggio, gli impianti CAES sono gli unici in grado di accumulare e rilasciare energia per alcune ore in quantità comparabili con quelle dei grandi impianti di produzione di energia elettrica ( MW), e sono una delle tecnologie potenzialmente più interessanti per accumulare quantità considerevoli di energia a basso costo specifico d investimento. Poichè i giacimenti geologici di stoccaggio del gas naturale possono essere considerati dei veri e propri sistemi di accumulo d energia, con le attività di ricerca del presente progetto si intende contribuire all individuazione di nuove realtà geologiche idonee allo stoccaggio gas anche offshore e di studiare mediante simulazioni numeriche avanzate la loro sicurezza durante le varie fasi del processo industriale di erogazione e iniezione. Pompaggio idroelettrico Si effettueranno attività relative alla valutazione delle potenzialità di incremento del pompaggio idroelettrico, che terranno conto sia dell eventuale realizzazione di nuovi bacini di accumulo, che della riqualificazione e il pieno utilizzo dei bacini idroelettrici. Un opzione, interessante per un paese come l Italia, è rappresentato dallo sviluppo di impianti con centrale in caverna che sfruttano il mare come serbatoio inferiore, secondo il concetto alla base del prototipo di nuova concezione che è stato studiato e sperimentato con successo in questi ultimi anni in Giappone. Si avvierà un attività per valutare la reale possibilità di sviluppo di questi sistemi di accumulo in Italia. Il progetto triennale affronterà diversi aspetti dello sviluppo di un impianto di pompaggio di Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 121 di 360

122 acqua marina: caratteristiche tecniche, funzionalità idraulica, inserimento nella rete elettrica, nuovi meccanismi remunerativi, impatto ambientale, benefici al sistema e valutazione economica. Saranno studiate macchine reversibili a velocità variabile in grado di fornire servizi ancillari di rete ed altri schemi che possano consentire un utilizzo più efficiente e flessibile. Le crescenti quote di impianti a fonti rinnovabili non programmabili stanno provocando diversi problemi di esercizio delle reti elettriche, in questo contesto gli impianti di pompaggio possono svolgere un ruolo essenziale per la sicurezza e la gestione del sistema elettrico. Malgrado ciò, la sostenibilità economica degli impianti di pompaggio è compromessa, o addirittura annullata, se vengono utilizzati i meccanismi remunerativi di vendita e acquisto dell energia, impiegati prima del forte sviluppo del fotovoltaico e dell eolico. Nel 2014 si prevede di portare avanti diverse iniziative di confronto con quanto avviene in ambito internazionale a livello normativo e regolatorio, per fornire modalità e suggerimenti per favorire un eventuale maggior utilizzo d impianti di pompaggio sul territorio nazionale. I sistemi CAES Nei precedenti periodi di ricerca è stata indagata la possibilità d impiego di palloni sottomarini per l accumulo dell aria compressa ed è stato individuato un sito al largo delle coste siciliane idoneo ad attività sperimentali. A completamento dell indagine, sarà condotto uno studio di fattibilità di un prototipo sperimentale semplificato di sistema CAES, per l analisi delle dinamiche delle operazioni di immagazzinamento e rilascio dell aria e dell interazione del sistema con l ambiente marino, con lo scopo di rendere disponibili valutazioni tecnico/economiche/logistiche utili a chi volesse approfondire la tematica. Lo studio in oggetto prevederà un pallone sottomarino con volume di circa 40 m 3 per l accumulo dell aria e da una piattaforma galleggiante che ospita il sistema di compressione e le attrezzature ausiliarie (serbatoio per il combustibile, quadri elettrici di comando, etc...) L ubicazione, con ancoraggio in una zona caratterizzata da fondali profondi (500 m), adatti alle specifiche condizioni operative (30-50 bar), prevede il gruppo compressore alloggiato su una zattera posizionata in superficie nella zona soprastante. Per garantire significatività ad un eventuale attività sperimentale esso dovrà consentire di effettuare almeno 4 cicli giornalieri di accumulo/scarico, con durata della fase di carico di circa un ora. Lo studio di fattibilità, oltre ad indagare le possibili soluzioni realizzative del prototipo, affronterà le problematiche relative alla sua installazione e gestione, alla sicurezza ed all impatto ambientale dell installazione. Parallelamente sarà avviata un attività esplorativa relativa a sistemi CAES con recupero del calore di compressione (CAES adiabatici o ACAES). Si prenderanno contatti con una società svizzera che, in collaborazione con Alstom, realizzerà un impianto CAES con accumulo termico in una galleria artificiale già esistente, per condurre un attività di monitoraggio e analisi delle prestazioni dell impianto. Stoccaggio gas I giacimenti geologici di stoccaggio del gas naturale sono predisposti per rispondere a diverse necessità del sistema elettro-energetico: assecondare le richieste di gas del mercato in tempo reale; garantire un elevato margine di elasticità per la gestione delle strutture di trasporto e di produzione; assicurare le riserve strategiche per rispondere a particolari situazioni eccezionali al contorno come quelle che si sono verificate negli ultimi anni e collegate a ben determinate situazioni meteorologiche e geopolitiche. Queste cause possono determinare una rapida variazione della produzione rinnovabile non programmabile con la conseguente necessità d intervento con cicli combinati o turbogas, o come nel caso di freddo prolungato e intenso o eventuali crisi internazionali che mettano a rischio le forniture dall estero (90% del gas utilizzato in Italia), la conseguente sicurezza del sistema elettrico, la fornitura di servizi energetici dagli impianti di cogenerazione e teleriscaldamento ecc. L attività si colloca nell ambito del D.Lgs. 13/08/2010 n.130 e sue successive modifiche, che prevede misure per una maggiore concorrenza nel mercato del gas naturale e per lo sviluppo di nuove infrastrutture di Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 122 di 360

123 stoccaggio di gas naturale o il potenziamento di quelle esistenti per fare in modo che entro il 2015, sia disponibile una capacità aggiuntiva corrispondente ad un volume di 4 miliardi di metri cubi (circa il 25% della capacità totale di tutti i giacimenti in essere) e una migliore capacità di erogazione alla punta. Inoltre, questa linea di indirizzo è rimarcata anche nella SEN-Strategia Energetica Nazionale del 2013 emanata dal Governo italiano e per il soggetto che detiene all ingrosso una quota di mercato gas superiore al 55% (attualmente SNAM/Stogit), la capacità aggiuntiva suddetta è un impegno vincolante. Linea 7 - Fonti rinnovabili: tecnologie, meteorologia e territorio L attività della presente linea sarà articolata nelle cinque seguenti tematiche. Sviluppo sostenibile degli impianti FER Negli ultimi anni l elevata penetrazione delle FER nel territorio ha fatto crescere in ambito pubblico l esigenza di una efficace gestione del territorio e la necessità di orientare la pianificazione energetica verso modelli di pianificazione integrata e di lungo termine che permetta di coniugare gli obiettivi di sviluppo assegnati dal burden sharing con quelli della tutela del territorio e delle comunità locali. Si analizzerà l impatto che l attuale sviluppo delle FER ha avuto sul territorio italiano, con particolare riferimento al settore eolico. Le informazioni relative alla crescita delle installazioni su tutto il territorio nazionale saranno incrociate con un set di indicatori descrittivi delle condizioni socio-economiche e ambientali locali (scala comunale). Gli aspetti di accettabilità sociale della fonte eolica saranno indagati anche attraverso lo scambio di esperienze con il gruppo di lavoro sulla social acceptance dell IEA Wind. Le informazioni raccolte saranno organizzate e rese fruibili per la consultazione in un webgis opportunamente sviluppato. Saranno sperimentati approcci alla pianificazione energetico-ambientale in linea con uno sviluppo sostenibile delle fonti rinnovabili, cioè compatibile con le risorse localmente disponibili per i vari usi e la salvaguardia del patrimonio territoriale. La sperimentazione sarà svolta in specifici ambiti territoriali (scala provinciale o regionale) in collaborazione con le amministrazioni responsabili dei processi di pianificazione territoriale. In tale ambito si affronterà inoltre uno studio richiesto da MISE con la collaborazione di AEEGSI, per lo sviluppo di un processo di progressiva copertura del fabbisogno delle isole minori non interconnesse attraverso energia da fonti rinnovabili (art. 1 comma 6-octies della legge 9/2014). Lo studio è finalizzato a definire il quadro delle effettive possibilità di sviluppo delle FER su tali isole. Meteorologia per le fonti rinnovabili non programmabili Le attività di ricerca saranno finalizzate allo sviluppo di modelli di previsione della produzione per tre tipologie di fonte rinnovabile non programmabile e saranno articolate come segue. Sarà effettuato un confronto tra il modello numerico meteorologico RAMS e WRF (Weather Research and Forecasting, utilizzando le condizioni iniziali ed al contorno fornite dal modello globale del ECMWF (European Centre for Medium-Range Weather Forecasts) e limitatamente ad alcuni casi studio su siti significativi, cioè caratterizzati da differenti situazioni climatologiche, orografiche e di copertura delle superfici. L attenzione sarà dedicata soprattutto all analisi dei campi utili per effettuare previsioni di potenza producibile, ovvero vento, radiazione solare, temperatura e precipitazioni. Il modello RAMS sarà migliorato con l introduzione di una descrizione del contenuto di aerosol atmosferico necessaria per migliorare la previsione d irradianza solare, saranno anche effettuati dei test per poter utilizzare le previsioni di aerosol emesse dall ECMWF. Sarà implementata la tecnica Analog Ensemble opportunamente adattata per la gestione di serie storiche solari. Saranno valutate le tecniche di Analog Ensemble e Reti NN per la previsione di produzione di un aggregazione di numerosi impianti fotovoltaici di piccole dimensioni. I modelli numerici e gli algoritmi di post-processing (reti neurali, ensemble outputs, analog ensemble), saranno verificati su impianti di diversa dimensione e di differente localizzazione geografica, per determinarne il grado di sensitività. Ad esempio, la catena operativa di predizione della producibilità solare sarà applicata ad una Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 123 di 360

124 selezione di impianti fotovoltaici presenti nel data base del sito Web di monitoraggio IeSWebPV, inoltre nelle previsioni a breve termine (< 6 ore) i dati meteorologici previsti saranno corretti con i dati di copertura nuvolosa da remote sensing. Sarà implementato un modello di previsione della produzione fotovoltaica per l impianto fotovoltaico della Test Facility (TF) di Generazione Distribuita di RSE. Al sistema di controllo della TF sarà trasmesso il dato di irraggiamento globale sul piano inclinato e di energia oraria producibile per i tre giorni successivi, al fine di una gestione ottimale delle risorse energetiche presenti e in particolare dei sistemi di accumulo. I dati di energia prodotta, acquisiti in tempo reale dalla TF, saranno utilizzati per stimare l errore previsionale dei modelli implementati. La tecnica Analog Ensemble sarà applicata anche alla previsione della producibilità eolica: in particolare i dati misurati in un impianto eolico nazionale saranno utilizzati per confrontare tre diversi metodi di previsione ensemble di potenza. Tali metodi sono basati sul modello EPS (forniti da ECMWF-UK), LEPS (forniti da ARPA-Emilia Romagna), e sull algoritmo ANalog ENsemble, sviluppato dall NCAR. Quest ultimo metodo fornirà previsioni sia deterministiche sia probabilistiche. Sulla base dei dati storici di produzione idroelettrica di diversi impianti, dei dati di precipitazione e temperatura opportunamente elaborati si procederà con l applicazione di un metodo misto: deterministico e statistico, per la previsione oraria a tre giorni della produzione idroelettrica e verrà implementato uno strumento software da sperimentare su uno o più impianti campione. Monitoraggio fotovoltaico Le attività relative alla tecnologia fotovoltaica riguarderanno un attività investigativa sul degrado che può verificarsi sui nuovi moduli fotovoltaici ampliando la casistica dei moduli FV esaminati e impiegando metodi di prove più avanzati, nonchè il monitoraggio delle prestazioni di differenti tipologie d impianti fotovoltaici su tutto il territorio nazionale, al fine di valutare le prestazione energetiche nel tempo delle varie tipologie d impianto e di individuare metodi diagnostici che, analizzando i dati di funzionamento degli impianti FV consentono ai gestori di mantenere nel tempo e, se possibile, migliorare la produzione energetica di tali impianti. Si effettuerà inoltre l analisi del funzionamento di impianti che adottano differenti tipologie di inverter. Si analizzeranno infine dei materiali innovativi per applicazioni fotovoltaiche che permettano di sopperire alla carenza naturale di alcuni elementi. Incendio di moduli fotovoltaici Sarà analizzato il ruolo svolto dai moduli fotovoltaici nell ambito del rischio di sviluppo e di propagazione d incendio negli impianti fotovoltaici al servizio di edifici. Sarà effettuata un indagine sulle potenziali situazioni di rischio, anche in collaborazione con gli operatori del settore FV, e un analisi delle condizioni che hanno portato al verificarsi di incendi su edifici con impianti FV, a partire da alcuni casi realmente accaduti in Italia. Verrà condotto un programma sperimentale composto sia da test condotti secondo alcuni degli attuali protocolli di prova, sia da varianti dei medesimi protocolli. La prima parte permetterà di identificare alcune criticità dei protocolli attuali, mentre la seconda di mettere a punto essenzialmente alcuni protocolli che permettano di accertare con maggiore attinenza alle peculiari caratteristiche costruttive ed installative dei moduli le loro caratteristiche di comportamento all incendio, con particolare riferimento alla reazione al fuoco. Mini cicli combinati alimentati a biomassa Tra le tecnologie di generazione distribuita disponibili per lo sfruttamento della biomassa solida, quella più diffusa è ad oggi la combustione diretta con l utilizzo di un fluido termovettore per alimentare un ciclo a recupero di tipo Rankine a fluido organico (ORC). Per ottenere efficienze di conversione più elevate e utilizzando impianti più piccoli che sfruttano la biomassa locale si potrebbe valutare l utilizzo di una tecnologia ancora in fase di sviluppo come quella della microturbina a gas a combustione esterna EFMGT (Externally Fired Micro Gas Turbine), che potrebbe essere anche accoppiata a un ORC per aumentare la flessibilità del sistema. Tuttavia, ad oggi sono presenti diversi ostacoli dal punto di vista costruttivo e di ottimizzazione del sistema che ne limitano fortemente l esercizio. Saranno valutate le prestazioni, dal punto di vista tecnico ed economico, di un impianto di generazione distribuita basato sulla tecnologia EFMTG, attraverso l impiego di modelli di diverse configurazioni impiantistiche che ipotizzano l impiego di una o più macchine in parallelo. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 124 di 360

125 Le configurazioni impiantistiche prevedono inoltre l integrazione con un ciclo a recupero a bassa entalpia (ORC), il cui impiego potrebbe limitare le discontinuità dei carichi tipiche dei settori residenziale e terziario, in modo da massimizzare la produzione elettrica annuale e le ore di esercizio. Sarà svolta un attività sperimentale sull impianto EFMTG di Zibello (PR) al fine di valutare i principali indici prestazionali d impianto. Saranno inoltre effettuate analisi con sonde al fine di valutare le criticità legate al deterioramento di alcuni componenti posti ad operare ad elevate temperature ed in presenza di agenti corrosivi. Le analisi consentiranno di valutare soluzioni adottabili per migliorare l affidabilità del sistema, quali rivestimenti e/o sostituzione dei materiali costituenti alcuni dei componenti ritenuti maggiormente critici. Linea 8 - Sicurezza informatica e infrastrutture di comunicazione M2M per reti attive Al fine di potenziare le competenze specialistiche necessarie per l integrazione di sistemi ICT nelle smart grids, per il PAR 2014, il decreto ministeriale ha previsto un attività in collaborazione tra RSE e Fondazione Ugo Bordoni. E stata quindi istituita un ulteriore linea di attività per l ultimo PAR. L attività si svolgerà in sinergia con la Linea 3: Sistemi di comunicazione per reti attive e in collaborazione con la Fondazione Ugo Bordoni. Si esamineranno le tecnologie di comunicazione machine to machine (M2M) per la gestione delle risorse energetiche distribuite e si condurrà uno studio sulle problematiche di cyber security per la comunicazione con nodi posti oltre il contatore. Partecipazione a gruppi di lavoro internazionali Continuerà la partecipazione a diverse iniziative internazionali: 1. nell ambito normativo nei comitati IEC-TC57 (Power systems management and associated information exchange), nei gruppi di lavoro Metodology, Interoperability, Set of Standards e Information Security dello Smart Grid Coordination Group CEN/CENELEC/ETSI (mandato CE M/490) e nei comitati IEC TC82 / Cenelec TC82 (Photovoltaic power systems); 2. nel network internazionale ISGAN-SIRFN sulle infrastrutture di ricerca nell ambito delle Smart Grid; 3. nella CIGRE, Study Committee D2, WG Security architecture principles for digital systems in Electric Power Utilities (EPUs); 4. nell International Energy Agency (IEA), task 28 dell IEA-Wind, che tratta il tema della Social Acceptance of Wind Energy Projects, nell Implementing Agreement IEA PVPS (Photovoltaic Power Systems) dove sono trattati i temi relativi alla valutazione delle prestazioni energetiche di impianti FV; 5. nell EERA JP on Energy Storage (European Energy Reserach Aliance joint Programme on Energy Storage. Queste iniziative consentono un confronto e un acquisizione di conoscenze utili per orientare lo sviluppo normativo e i programmi di ricerca a livello nazionale. Progetti UE correlati GRID+ - Supporting the Development of the European Electricity Grid Initiative (EEGI). Ruolo di RSE: coordinatore. Iniziato il 1 giugno 2011, durata 36 mesi. Il progetto GRID+ svolge il suo compito a supporto dell iniziativa industriale sulle reti EEGI e ne costituisce il coordinamento operativo. Il progetto mira a definire ed aggiornare le roadmap ed i piani di implementazione dei temi di ricerca e dimostrazione nel settore delle reti intelligenti, ad allineare gli obiettivi dei diversi progetti di ricerca, sviluppo e dimostrazione europei sulle Smart Grid con le linee guida contenute nella roadmap EEGI e ad individuare eventuali necessità di progetti futuri. Grid+ si occupa anche della messa a punto di una piattaforma web di condivisione delle conoscenze provenienti dai dimostratori di Smart Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 125 di 360

126 Grid sviluppati a livello europeo. GRID4EU - Large-Scale Demonstration of Advanced Smart GRID Solutions with wide Replication and Scalability Potential for Europe. Ruolo di RSE: WP leader. Iniziato il 1 novembre 2011, durata 51 mesi. Il progetto ha come obiettivo la dimostrazione su larga scala di soluzioni avanzate di Smart Grid per l Europa. In particolare, mira a sperimentare su scala reale alcuni concetti e tecnologie di sistema innovativi per evidenziare ed aiutare a rimuovere alcune delle barriere (tecniche, economiche, sociali ambientali o regolatorie) che ostacolano la larga diffusione delle Smart Grid. Si focalizza in particolare sulla gestione da parte degli operatori di rete della fornitura e della domanda in modo dinamico; questo aspetto risulta cruciale per l integrazione di grandi quantità di generatori non programmabili in rete, in particolare di quelli su fonti di energia rinnovabili. ELECTRA - Integrated Research Programme on Smart Grid Ruolo di RSE: coordinatore. Inizio: 1 dicembre 2013, durata 48 mesi. Il progetto è stato creato dai partner EERA per rinforzare e accelerare la cooperazione nella ricerca a medio e lungo termine in Europa. Insieme al JPSG di EERA, ELECTRA intende raggiungere un significativo grado di coerenza tra i diversi progetti di ricerca nazionali critici per uno stabile funzionamento del sistema elettrico europeo del L approccio del progetto, di sinergia e collaborazione tra progetti europei e nazionali, è stato condiviso da 21 partner di 16 paesi e ha ricevuto il supporto ufficiale da ciascuna delle 16 agenzie nazionali che contribuiscono ai fondi, da ENTSOE, EDSO4SG, ETP SG, e da un gran numero di organizzazioni internazionali. INGRID High-capacity hydrogen-based green-energy storage solutions for grid balancing Ruolo di RSE: WP leader. Il Consorzio comprende 7 membri di 4 differenti paesi. Iniziato il 1 luglio 2012, durata 48 mesi. Il progetto vuole dimostrare l uso della tecnologia di accumulo basata su idrogeno immagazzinata in moduli di magnesio. Il dispositivo di accumulo è inserito in un architettura di generazione decentralizzata, con l obiettivo di compensare le fluttuazioni di Renewable Energy Resource (RES). IGREENGrid IntegratinG Renewables in the EuropEaN electricity Grid (FP7, GA n ). Ruolo di RSE: WP leader. Il Consorzio comprende 12 membri di 6 differenti paesi. Iniziato il 1 gennaio 2013, durata 36 mesi. Basandosi su sei progetti dimostratori in bassa e media tensione, condotti da membri del Consorzio, l obiettivo del progetto è quello di definire un insieme di linee guida e metodologie per l integrazione di RES in reti di distribuzione e per l aumento della hosting capacity senza comprometterne l affidabilità o la qualità della fornitura, tenendo conto delle differenze climatiche, regolatorie e di contesto tecnico nei differenti paesi. STARGRID Standards analysis supporting smart energy grid development (FP7, GA n ). Ruolo di RSE: WP leader. Il Consorzio comprende 5 membri di 4 differenti paesi. Iniziato il 1 ottobre 2012, durata 24 mesi. Il progetto vuole esaminare e valutare criticamente il processo di standardizzazione nell ambito delle Smart Grid, insieme alle procedure a livello europeo ed internazionale, con l obiettivo di arrivare ad un analisi approfondita e ad un quadro dettagliato di tali attività. evolvdso Development of methodologies and tools for new and evolving DSO roles for efficient DRES integration in distribution networks (FP7, GA n ) Il Consorzio comprende 16 membri di 8 differenti paesi. Iniziato il 1 settembre 2013, durata 40 mesi. Il progetto evolvdso vuole definire il ruolo futuro dei Distribution System Operators (DSO) sulla base di differenti scenari. Attraverso simulazioni basate su casi reali, saranno valutati strumenti e metodologie che Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 126 di 360

127 possano rendere possibili questi nuovi ruoli. Per facilitare l uso di nuovi strumenti e metodologie, evolvdso metterà a punto anche raccomandazioni relative all assetto regolatorio e di mercato, elaborando proposte per nuove interazioni tra tutti gli attori del sistema elettrico. SoES Security of Energy Systems (EPCIP grant) Ruolo di RSE: coordinatore. Il Consorzio comprende 4 partner di 2 paesi. Iniziato il 1 Settembre 2012, durata 24 mesi. Il progetto descrive le architetture ICT di casi d uso; analizza vulnerabilità, minacce e contromisure; verifica lo stato degli standard di sicurezza con l obiettivo finale di emettere il documento di sintesi Cyber Security Operation Handbook per Smart Grid. SmartC2Net Smart Control of Energy Distribution Grid over Heterogeneous Communication Networks (FP7-ICT, GA n ) Ruolo di RSE: WP leader. Il Consorzio comprende 7 partner di 5 paesi. Iniziato il 1 Dicembre 2012, durata 36 mesi. Il progetto affronta l utilizzo di comunicazioni eterogenee nel controllo delle Smart Grid attraverso attività articolate in sei WP tecnici: casi d uso e architetture ICT; monitoraggio delle comunicazioni e della rete elettrica; sistemi di comunicazione eterogenei; algoritmi di controllo adattivo; framework di valutazione modellistico-sperimentale, co-simulazione; testbed di laboratorio. COST ES1002 WIRE - Weather Intelligence for Renewable Energies Iniziato il 27 Luglio 2010, durata 51 mesi Questa azione COST è finalizzata ad aumentare il grado di coordinamento a livello regionale, nazionale ed europeo tra le comunità del mondo solare ed eolico, al fine di sviluppare previsioni di produzione energetica più accurate. Le previsioni vanno dalle poche ore (nowcasting) fino ad alcuni giorni (massimo tre) in avanti, utilizzando modelli numerici meteorologici ad alta risoluzione, per fornire le migliori informazioni meteorologiche possibili al miglioramento delle stime di energia producibile da impianti eolici e fotovoltaici. L azione COST WIRE consta di tre gruppi di lavoro: uno prettamente modellistico, uno sperimentale ed uno rivolto all industria. In particolare, il WG3 dovrà analizzare gli effetti economici dei miglioramenti nelle previsioni sulla produzione energetica e sulla gestione degli impianti e della rete elettrica. AIM Alpine space In Movement, targeted to water & energy capitalization Iniziato il 15/07/2013, durata17,5 mesi. L obiettivo principale del progetto è quello di fare da amplificatore dei risultati raggiunti da alcuni tra i numerosi progetti ASP (Alpine Space Programme) che si sono svolti in questi anni sul tema acqua ed energia, attraverso azioni di disseminazione indirizzate a politici e decisori di maggior rilievo nelle politiche europee, nazionali e regionali. METROSION Metrology to Enable High Temperature Erosion Testing Iniziato il 1 Giugno 2013, durata 3 anni. L implementazione di una migliorata misura in-situ e una caratterizzazione rigorosa di erosivo e impronta dell erosione fornirà una più approfondita comprensione dei meccanismi di erosione ad alta temperatura e un maggior controllo dei parametri di prova migliorerà la ripetibilità e riproducibilità delle prove. Senza questo quadro metrologico, lo sviluppo di nuovi materiali rimarrà ancora largamente basato su un approccio empirico che per sua natura richiederà tempi più lunghi di quelli basati su modelli fondamentali. Il progetto si propone di misurare in situ: la temperatura l erosione la velocità, la morfologia e la dimensione del particolato RSE partecipa come borsista (questa tipologia di progetti sono riservati ai centri metrologici nazionali) per le competenze maturate nell esecuzione delle prove di erosione da polveri ed in particolare contribuirà a: Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 127 di 360

128 definizione dei materiali per l esecuzione dell attività sperimentale; progettazione di un nuovo impianto di erosione esecuzione di prove di erosione finalizzate a individuare l influenza dei diversi parametri di prova sviluppo di modelli di erosione. Prodotti significativi previsti alla fine del triennio (in grassetto sono riportati i prodotti emblematici) Linea 1 - Smart Grid: supporto alle attività internazionali Metodologia per l analisi dei costi e dei benefici legati a progetti Smart Grid (2014) Analisi delle iniziative sulle Smart Grid a livello internazionale (2014) Linea 2 - Sistemi di controllo di GD e reti attive, e pianificazione delle reti attive Sotto-linea 2.1 Controllo GD e reti attive SW di gestione e controllo (VoCANT 2.0) per reti di distribuzione attive in media tensione (2013) SW di gestione e controllo (VoCANT+) per reti di distribuzione attive in media e bassa tensione (2014) Algoritmo di Energy Management System per microgrid in BT. Dati della sperimentazione nella test facility di GD del sistema di gestione dell energia, supervisione e controllo per una microrete. ( ) Algoritmo di controllo predittivo MPC di tensione per reti di distribuzione (2013) Strategia di controllo e simulatore dinamico di un impianto solare ibrido con turbina a gas (2013) Algoritmo di controllo inverter per funzionamento in isola intenzionale di una microrete e per la gestione del transitorio (rete connessa-isola). Dati di simulazione e sperimentali relativi alla transizione ed al funzionamento in isola di una parte della Test Faciltity di GD (2014) Sotto-linea 2.2 Pianificazione reti attive Piattaforma software per la co-simulazione congiunta per gli aspetti elettrici e di comunicazione e controllo. Linea 3 - Sistemi di comunicazione per reti attive Dati di caratterizzazione di canali power line su reti MT (2012). Dati di caratterizzazione statistica di canali power line su reti MT in esercizio e correlazione con le prestazioni di apparati di comunicazione a larga banda (2013). Integrazione di reti elettriche di distribuzione con microreti conforme allo standard CIM: rete MT sottesa alla C.P. di Milano Lambrate completa dell impianto pilota Lambrate e della test facility di GD di RSE (2014) Definizione delle modalità di interfacciamento ICT tra rete elettrica e generatori distribuiti nell ambito della norma CEI 0-16 (2013) Realizzazione prototipale di Customer Energy Manager, mediante l applicazione di tecnologie di svliluppo software Model-Driven (2014) Metodologia per la definizione dei requisiti dei sistemi di telecomunicazione per applicazioni Smart Grid (2014) Metodi di verifica delle prestazioni di reti Ethernet/IP per canali di comunicazione tempo varianti, quali power line e wireless (2014) Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 128 di 360

129 Descrizione di casi d uso per le Smart Grid e identificazione di security level secondo la metodologia SGIS (2014) Test bed per la sperimentazione di protocolli e funzioni per la gestione di reti attive in condizioni di cyber security (2014) Strumenti per la valutazione del rischio cyber negli scenari di controllo delle Smart Grid (2014) Linea 4 - Integrazione della GD nelle reti di distribuzione: inverter, protezioni e automazione Sotto-linea 4.1 Dispositivi e protezioni per reti attive in c.a. Dati sperimentali relativi alle prove di inverter per il collegamento in rete di GD (2012) Algoritmo di controllo per un sistema di accumulo connesso ad un impianto fotovoltaico per svolgere funzioni di supporto alla rete (2013). Prototipo di un sistema integrato accumulo-fotovoltaico per reti BT (attraverso l utilizzo della test facility in c.c.) con funzioni avanzate a servizio dell utenza e della rete elettrica. (2014) Studio e dati di simulazione dell applicazione di un sistema di protezione ottimizzato per reti attive con struttura magliata (radiali, magliate e petalo) (2013) Dati sperimentali relativi alla caratterizzazione di una implementazione di laboratorio del sistema di protezione per reti attive (2014) Prototipo di laboratorio di dispositivo elettronico per reti attive di bassa tensione per il miglioramento della Power Quality ( Compensatore Universale ) e per la gestione di accumuli associati a GD (2014) Centro di competenza sulla qualificazione di inverter destinati all'integrazione del fotovoltaico e accumulo in rete: laboratorio di prova per convertitori elettronici impiegabili nelle Smart Grid per la connessione dei generatori alla rete (2014) Sotto-linea 4.2 Reti attive in c.c. Dati della sperimentazione di funzioni di controllo centralizzato della test facility in c.c.(2012). Definizione di architetture di rete in c.c., studio della gestione del neutro, delle problematiche di guasto e dei criteri di protezione delle persone per le reti attive in c.c. (2013). Dati sperimentali relativi all impiego di algoritmi di controllo sviluppati per la gestione della test facility in c.c. e alla verifica dei criteri di protezione adottati (2014). Studio e dati di simulazione relativi all applicazione di sezioni in c.c. attive per l interconnessione e la magliatura di reti di distribuzione c.a. in MT (2014). Linea 5 - Sperimentazione sulla Test Facility di Generazione Distribuita in BT SW per il controllo, fino a tre giorni, dei profili di immissione in rete della produzione fotovoltaica mediante l utilizzo di sistemi di accumulo (2013). Dati della sperimentazione nella TF del SW di controllo della produzione FV (2013) Dati della sperimentazione di un generatore solare a concentrazione con motore Stirling ( ) Nuovo sistema SCADA della TF di GD (2014) Stimatore dello stato di una rete attiva di bassa tensione (2014). Dati della sperimentazione nella TF dello stimatore dello stato di una rete attiva BT (2014) Implementazione nella test facility di GD del sistema di programmazione dell energia, supervisione e controllo per una microrete. Dati della sperimentazione di un Energy Management System nella TF (2014). Dati della sperimentazione nella TF del controllore VoCANT+ (2014) Integrazione della TF con impianto pilota rete MT attiva Lambrate di A2A (2014). Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 129 di 360

130 Linea 6 - Sistemi di accumulo di energia di grande taglia Sotto-linea 6.1 Pompaggio idroelettrico Progetto e analisi economica di un impianto di generazione e pompaggio di acqua di mare (2013). Studio di macchine idrauliche reversibili (2013). Studio sulla sostenibilità economica d'impianti di pompaggio (2014 ). Sotto-linea 6.2 Stoccaggio gas naturale e CAES Dati sui siti idonei per CAES sottomarino (2012) Dati siti di stoccaggio gas in Italia (2014). GEO Web-Gis integrato con le informazioni geologiche (pozzi di erogazione, iniezione e monitoraggio) relative agli stoccaggi. (2014). Modelli 3D dei siti di stoccaggio gas ( ) Metodologia di analisi sismica per siti di stoccaggio gas e esempi applicativi (2014) Linea 7 - Fonti rinnovabili: tecnologie, meteorologia e territorio Sotto-linea 7.1 Aspetti ambientali e meteorologia Dati relativi all applicazione della tecnica Analog Ensemble per la previsione della produzione da impianti eolici onshore (2014) Modello numerico meteorologico che considera la presenza di aerosol atmosferico, al fine di migliorare la previsione della radiazione globale, attraverso una miglior stima della componente diretta (2014) Sistema di previsione della producibilità oraria fino a tre giorni in avanti per impianti fotovoltaici (PV) singoli, a partire dalle previsioni orarie di predittori meteorologici e da serie storiche di misure di produzione, utilizzando post-processing statistici basati su Analog Ensemble e su rete neurale. (2014) Metodologie per la previsione della produzione di energia da impianti ad acqua fluente utilizzando previsioni meteo (2014) Libro Il territorio, fabbrica di energia (2013) GIS e Banca Dati: i territori dell eolico, sulle caratteristiche ambientali, socio-economiche ed energetiche dei territori che ospitano le installazioni eoliche italiane (2013). WebGIS i territori dell eolico. (2014). Metodologia per l elaborazione di scenari di sviluppo sostenibile degli impianti FER a sostegno della redazione dei piani energetici regionali: applicazione alla regione Puglia (2014) Studio sullo sviluppo delle FER nelle isole minori non interconnesse. Sotto-linea 7.2 Generazione distribuita Dati del monitoraggio delle prestazioni di impianti fotovoltaici sul territorio nazionale (2014) Dati sperimentali relativi ai test in campo su impianti fotovoltaici che adottano differenti tipologie di inverter (2014) Prove di laboratorio innovative per la diagnosi dei moduli fotovoltaici (2014) Stato dell'arte relativo alle cause d incendio negli impianti fotovoltaici (2013); Dati da prove di laboratorio per la valutazione del rischio incendio negli impianti fotovoltaici (2013); Protocolli di prova ottimizzati per accertare il comportamento in caso d incendio (reazione al fuoco) dei moduli FV (2014). Dati sulle caratterisitiche rilevanti dei moduli FV e sulla loro installazione ai fini del loro comportamento in caso d incendio(2014) Analisi parametrica di un mini ciclo combinato innovativo basato sulla tecnologia delle microturbine a combustione esterna EFMGT+ORC (2012) Dati di funzionamento di un impianto EFMTG + ORC in diverse condizioni di esercizio (2014) Dati del monitoraggio dei componenti più critici di un impianto EFMTG+ORC effettuato con sonde di corrosione (2014) Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 130 di 360

131 Linea 8 - Sicurezza informatica e infrastrutture di comunicazione M2M per reti attive Studio delle tecnologie di comunicazione M2M per la gestione delle risorse energetiche distribuite Studio delle problematiche di cyber security per la comunicazione con nodi posti oltre il contatore. Coordinamento con attività di ENEA e CNR Non sono previste attività di coordinamento tra i tre soggetti affidatari, in quanto nel progetto A.3 è coinvolta solo RSE. Benefici previsti per gli utenti del sistema elettrico nazionale dall esecuzione delle attività Il progetto in questione, affrontando sia gli aspetti tecnici sia quelli normativi che rendono possibile il passaggio verso una rete di distribuzione attiva, intende fornire un importante contributo a tutti i soggetti coinvolti in questa transizione. In particolare ne beneficeranno: I soggetti istituzionali: regolatore, MiSE, pubbliche amministrazioni, che avranno a disposizione informazioni, strumenti e dati per effettuare valutazioni costi/benefici sulla transizione verso le reti di distribuzione attive, come ad esempio per le attività della linea 1 sull analisi costi benefici e della linea 7 sul tema dello sviluppo sostenibile e dell accettabilità sociale degli impianti a fonti rinnovabili che è articolato sulle esigenze delle amministrazioni regionali per la realizzazione di percorsi di pianificazione energeticoambientale che superino l approccio prevalentemente vincolistico a favore di iniziative meglio armonizzate con le specificità territoriali. Le società di distribuzione, che beneficeranno dei risultati conseguiti nelle diverse attività del progetto sia in termini di esercizio della rete sia dal punto di vista tecnologico (es. sperimentazione su funzioni per il controllo della rete, protezioni e sensoristica avanzata); si vedano ad esempio le attività di collaborazione con ACEA ed ENEL con l integrazione del controllore VoCANT nelle reti MT e con A2A su protezioni, pianificazione di reti attive, integrazione della TF di GD con impianto pilota MT di Lambrate, dispositivo per il miglioramento della PQ, i risultati degli studi sulla magliatura della rete c.a. con sezioni in c.c. Le industrie operanti nel settore delle telecomunicazioni e gli operatori delle reti elettriche. L attività associata allo studio ed all applicazione di soluzioni standard ICT in grado di assicurare l interoperabilità e e la sicurezza tra sistemi, contribuirà a fornire al sistema elettrico e industriale italiano un quadro strategico di riferimento sulle attività in corso in ambito internazionale. Tale visione strategica potrà contribuire alla definizione della normativa italiana (es. CEI 0-16) in accordo con le direttive internazionali. Lo studio e la sperimentazione di modalità standard di rappresentazione delle reti elettriche agevolerà l interscambio di informazioni tra gli stakeholder (DSO, TSO) coinvolti nella gestione della rete italiana. In tale contesto sarà anche valorizzata la collaborazione tra i progetti RdS di tipo A e B, in merito al supporto per la traduzioni dei modelli di rete previsti nel Progetto Atlantide (Archivio TeLemAtico per il riferimento Nazionale di reti di Distribuzione Elettrica) finanziato dalla Ricerca di Sistema a bando. Un ulteriore contributo è rappresentato dal supporto che sarà fornito all associazione in merito agli standard informativi relativi all interfacciamento tra la rete elettrica e gli utenti attivi. La definizione di una modalità per definire i requisiti associati all infrastruttura di comunicazione pubblica in merito alla realizzazione della Smart Grid, realizzato con Telecom Italia ed Università di Genova, potrà agevolare l interlocuzione tra le utility e gli operatori Telecom. La partecipazione attiva alla definizione di modalità per la verifica dell interoperabilità tra i sistemi nel contesto dello SG-CG, potrà fornire supporto all industria italiana del settore ICT per le Smart Grid. La definizione di parametri caratteristici dei canali di comunicazione power line di reti di distribuzione in media tensione e la loro caratterizzazione statistica permette di migliorare la progettazione di apparati di comunicazione efficaci per questo mezzo trasmissivo. Le misure di caratterizzazione e lo studio dell influenza dei componenti utilizzati e dei criteri di installazione dei dispositivi sulle caratteristiche di Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 131 di 360

132 canale contribuiscono ad offrire alle società di distribuzione elementi utili per la definizione di pratiche di utilizzo di questa tecnologia sulle proprie reti e criteri di valutazione delle potenzialità trasmissive ottenibili. La partecipazione all attività del gruppo SGIS contribuirà a promuovere lo sviluppo e l utilizzo di misure di sicurezza nelle infrastrutture di controllo delle Smart Grid. I risultati sulle sperimentazioni della cyber security possono contribuire all evoluzione degli standard internazionali per la sicurezza delle comunicazioni per il sistema elettrico (IEC 62351) e alla definizione dei requisiti per le Smart Grid della infrastruttura di comunicazione pubblica 4G M2M LTE (in collaborazione con Vodafone). Gli operatori di rete e i fornitori di sistemi di controllo (SCADA, automazione di stazione, protezioni, inverter) potranno beneficiare delle valutazioni e dei risultati sperimentali relativi all efficacia delle misure di sicurezza allineate all evoluzione degli standard di comunicazione e sicurezza. I costruttori di apparecchiature e sistemi di generazione: le sperimentazioni condotte su specifici componenti (es. inverter, dispositivi di comunicazione, ecc.) e su sistemi di generazione completi forniranno ai costruttori utili ritorni per il miglioramento della tecnologia. Gli operatori di rete (TSO e DSO), i produttori da fonti rinnovabili non programmabili e l industria: le attività sull accumulo di energia condotte nella linea 6 interesseranno gli accumuli innovativi di grossa capacità come quelli di pompaggio di acqua di mare e i sistemi CAES. Gli utenti trarranno vantaggio anche dai risultati ottenuti dalla sperimentazione delle tecnologie di generazione a fonte rinnovabile quali le microturbine a combustione esterna e gli impianti fotovoltaici per i quali si valuteranno nuove tecniche di diagnostica e alcuni aspetti del rischio d incendio nelle installazioni integrate negli edifici, con contributi allo sviluppo di norme tecniche attualmente in fase di elaborazione a livello europeo. I produttori e gli operatori delle reti elettriche potranno beneficiare dei modelli di previsione della produzione a breve termine delle fonti rinnovabili non programmabili: eolica, solare e idrica ad acqua fluente. Il sistema nel suo complesso: i ritorni che il progetto garantirà al sistema elettrico nel suo insieme sono molteplici e comunque legati ai vantaggi attesi dalla diffusione della GD e delle reti attive in termini di sicurezza degli approvvigionamenti, si veda ad esempio l attività sullo stoccaggio di gas naturale nella linea 6, compatibilità ambientale e competitività. Il progetto, è in linea con altri progetti internazionali di ricerca che affrontano la stessa tematica, e fornirà un importante contributo al superamento delle barriere tecniche, regolatorie e organizzative per favorire il passaggio alle reti di distribuzione attive. PIANIFICAZIONE ANNUALE DELLE ATTIVITA Elenco degli obiettivi relativi all annualità 2014 Linea 1 - Smart Grid: supporto alle attività internazionali Descrizione dell attività dell annualità 2014 Coordinamento e contributo alle attività del Joint Program EERA Smart Grid (JPSG) L attività di coordinamento del JPSG prevede diversi impegni sia istituzionali, sia atti a garantire il funzionamento efficiente del JPSG stesso. Sono inoltre previste le seguenti attività: condivisione di informazioni, risultati e procedure relative a tematiche trattate nei diversi Sub- Programme quale contributo italiano al JPSG; interazione con partner del JPSG e collaborazione all elaborazione dei documenti tecnici del JPSG con relativa acquisizione di informazioni, metodi e risultati sulle tematiche trattate nei diversi Sub- Programme ed il loro recepimento in RdS per lo svolgimento di attività presenti e future; analisi e confronto del piano quadriennale del JPSG EERA, in fase di elaborazione, con i piani attuali di RdS, al fine di individuare le linee guida per i programmi futuri. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 132 di 360

133 Coordinamento delle attività dell iniziativa CEM (Clean Energy Ministerial) ISGAN (International Smart Grid Action Network) e contributo ai diversi Annex Oltre alla parte istituzionale di interazione con i paesi membri di ISGAN, per definire le attività strategiche e favorirne la loro implementazione, e di reclutamento di nuovi paesi nell iniziativa. Si intende svolgere anche un attività verso la società italiana, mediante il coinvolgimento di partner italiani nelle attività dei diversi filoni di ricerca (Annex) di ISGAN, con particolare riferimento alle istituzioni, agli operatori di rete, alle imprese industriali, alle università e centri di ricerca. Questa attività si espliciterà nel mantenimento di un costante flusso di informazioni sulle attività in corso nei diversi Annex di ISGAN e nel riporto in ambito ISGAN della posizione e del contributo dei partner italiani coinvolti. Inoltre, vi sarà una partecipazione attiva e diretta nei diversi Annex di ISGAN, con particolare riferimento a: Annex 1: completamento della seconda fase dell indagine su motivazioni e drivers dello sviluppo delle Smart Grid e delle tecnologie collegate nei diversi paesi; Annex 2: partecipazione alla redazione di Case Book con individuazione di casi di studio e di applicazione di tecnologie Smart Grid; i futuri Case Book previsti esploreranno l avanzamento e i potenziali costi e benefici dell implementazione di sistemi energetici integrati; Annex 3: partecipazione attiva alla messa a punto di strumenti di valutazione del livello di smartness delle reti e dell affinamento della metodologia per l analisi dei costi e benefici di progetti di deployment di soluzioni Smart Grid; Annex 5: partecipazione ai lavori della rete internazionale di facility di prova per soluzioni Smart Grid mediante attività sperimentali su inverter; Annex 6: contributo italiano agli studi sull integrazione delle rinnovabili nelle reti di trasmissione e distribuzione. Lancio e coordinamento dell iniziativa ISGIS (Italian Smart Grid Industry System) Come conseguenza della partecipazione a ISGAN e della posizione acquisita anche a livello nazionale, RSE, in collaborazione con GSE, ENEL Distribuzione, FEDERUTILITY, ANIE Energia, ANIE Automazione, CEI, Telecom Italia, The Innovation Cloud, promuoverà la creazione di una rete di operatori nazionali in grado di sviluppare e dimostrare soluzioni smart grid basate su approcci standardizzati avanzati denominata ISGIS (Italian Smart Grid Industry System). Il fulcro dell iniziativa è la standardizzazione dei prodotti per una reale interoperabilità, che ancora non esiste nemmeno a livello internazionale nel settore smart grid. L iniziativa ISGIS potrà dare un vantaggio competitivo al sistema industriale italiano mettendolo in grado di offrire su ogni mercato delle applicazioni modulari, integrate, interoperabili e razionali. L iniziativa, che è patrocinata dal MiSE e supportata dall AEEGSI, si muoverà secondo le seguenti linee: lancio dell iniziativa nel convegno internazionale InnoCloud (Milano, maggio 2014); scouting e reclutamento di imprese del settore attraverso vari eventi e incontri; discussioni con gli aderenti e definizione della struttura dell iniziativa in termini di operatività; definizione del programma di attività, volta in primo luogo a promuovere l adozione del modello di riferimento per la smart grid denominato SGAM (Smart Grid Architecture Model), definito a livello europeo, e degli standard emergenti (come ad esempio lo standard CIM). Partecipazione alle attività dell iniziativa industriale europea EEGI (European Electricity Grid Initiative) In questo contesto si prevede di svolgere le seguenti attività: supportare l iniziativa mediante il progetto europeo GRID+ coordinato da RSE, che arriverà a conclusione nell ottobre 2014 e quindi vedrà il completamento di tutte le attività previste; riportare al gruppo di riferimento italiano per il SET Plan sugli sviluppi dell attività e le iniziative intraprese nel contesto delle iniziative europee ed internazionali per favorire lo svolgimento efficiente ed efficace dell iniziativa europea; Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 133 di 360

134 riportare a livello europeo i risultati dei progetti dimostrativi sulle Smart Grid in corso di sviluppo in Italia. Analisi sulle iniziative internazionali sulle Smart Grid Questa attività sarà articolata nei seguenti punti: analisi dei documenti elaborati da EERA JPSG e ISGAN e loro pubblicazione in RdS; monitoraggio e analisi della situazione di test e dimostrazione di tecnologie Smart Grid a livello internazionale, sia attraverso la partecipazione a ISGAN sia dalla disponibilità di documentazione sulle iniziative in: Australia, Brasile, Cina e Corea, e pubblicazione dei corrispondenti rapporti RdS; analisi comparata per evidenziare similarità e differenze tra i diversi paesi, mettendo in luce in particolare le lessons learned, in modo da contribuire all indirizzamento delle future attività nazionali sulle Smart Grid; sviluppo preliminare della ISGAN Smart Grid Academy per la divulgazione e l e-learning delle competenze sulle Smart Grid mediante la definizione di un programma di massima del corso. Affinamento della metodologia per l analisi dei costi e dei benefici Smart Grid A partire dal questionario di smartness elaborato lo scorso anno si procederà alle seguenti attività: individuazione di opportuni pesi da attribuire a ciascuna domanda per la reale applicazione del questionario al contesto nazionale e internazionale, in modo da valutare le effettive prestazioni del sistema in funzione del contesto regolatorio e dell ampiezza della rete per cui si intende verificare il livello di smartness raggiunto; analisi costi/benefici in relazione alle funzionalità innovative delle smart grid a partire dall esame delle caratteristiche di performance effettivamente necessarie e sviluppo di un tool informatico. Risultati e grado di realizzazione del prodotto triennale Prodotto triennale Metodologia per l analisi dei costi e dei benefici legati a progetti Smart Grid Analisi delle iniziative sulle Smart Grid a livello internazionale Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2012 e 2013 Confronto tra le diverse metodologie per l analisi dei costi e dei benefici di progetti Smart Grid. Individuazione degli elementi per lo sviluppo di una metodologia per l analisi dei costi e dei benefici. Sviluppo di una metodologia per definire il livello di smartness delle reti elettriche, propedeutica all analisi costi benefici. Avvio dell analisi delle iniziative sulle Smart Grid a livello internazionale Monitoraggio preliminare delle attività per favorire lo sviluppo delle smart Grid a livello Attività previste nel PAR 2014 Completamento dell analisi del questionario sulla smartness delle reti e individuazione di opportuni pesi da attribuire a ciascuna domanda per la reale applicazione al contesto nazionale e internazionale. Analisi costi/benefici in relazione alle funzionalità innovative delle Smart Grid a partire dall esame delle caratteristiche di performance effettivamente necessarie e sviluppo di un tool informatico. Monitoraggio delle attività internazionali sui progetti Smart Grid, sia basato sui contatti resi possibili da ISGAN, sia tramite analisi dei documenti disponibili da EERA, ISGAN e dalla Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 134 di 360

135 Prodotto triennale Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2012 e 2013 internazionale (tra le quali l aggiornamento della review dei driver verso lo sviluppo delle Smart Grid, casi rilevanti di progetti di integrazione delle rinnovabili, analisi delle applicazioni dell accumulo nelle Smart Grid, ecc.) Attività previste nel PAR 2014 letteratura. Analisi comparata delle attività internazionali per contribuire a indirizzare lo sviluppo delle Smart Grid a livello nazionale e fornire prospettive di sviluppi e/o collaborazioni con gli altri paesi. Sviluppo preliminare della ISGAN Smart Grid Academy per la divulgazione e l e-learning delle competenze sulle Smart Grid mediante la definizione di un programma di massima del corso. Principali collaborazioni scientifiche Università / Consulente Politecnico di Milano, Dipartimento di Energia Oggetto Metodologia per l analisi costi benefici di progetti Smart Grid e sviluppo di un toolkit. Eventuali note integrative sul contributo della collaborazione al raggiungimento degli obiettivi di progetto Durata delle attività Marzo 2014 Febbraio Linea 2 - Sistemi di controllo di GD e reti attive, e pianificazione delle reti attive Descrizione dell attività dell annualità 2014 Sotto-linea 2.1 Controllo GD e reti attive Sperimentazione e affinamento del controllore e dispacciatore centralizzato per reti attive (VoCANT) Si inizierà l utilizzo in campo del controllore VoCANT, integrato nel sistema di telecontrollo della rete MT di ACEA e nel controllore progettato per il dimostratore italiano del progetto GRID4EU. Saranno effettuate le prime verifiche in campo su rete MT, coinvolgendo una Cabina Primaria, un feeder MT e un numero significativo di utenti passivi e attivi. In un secondo momento, il controllore sarà installato anche su una seconda Cabina. Sulla base dei risultati dei test e delle esigenze messe progressivamente a fuoco dall utilizzo in campo, saranno apportate le necessarie modifiche e migliorie. Si amplierà l algoritmo di calcolo del dispacciatore in modo che sia in grado di definire il punto di funzionamento della rete di distribuzione/ microrete anche in presenza di controllori locali nei generatori Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 135 di 360

136 e di trattare anche la produzione elettrica da cogenerazione nell ambito del problema di individuazione della situazione ottima della rete. Affinamento del simulatore di rete attiva con controllore centralizzato adatto anche allo studio del funzionamento in isola Il simulatore di campo statico utilizzato per la valutazione del comportamento di VoCANT, sarà utilizzato come strumento per la definizione della strategia di gestione dell isola di carico, tenendo conto delle curve di droop dei generatori locali. Valutazione delle prestazioni di uno Stimatore dello Stato di una rete MT attiva Si completeranno le valutazioni sulle prestazioni dello State Estimator, precedentemente sviluppato, sulla base di dati reali. SW di gestione e controllo (VoCANT+) per reti di distribuzione attive MT e BT Il controllore VoCANT verrà utilizzato nel controllo centralizzato della Test Facility di Generazione Distribuita, in BT. Saranno quindi effettuate le modifiche necessarie per il corretto interfacciamento al sistema di acquisizione e comando esistente, in modo da leggere i file di configurazione della rete, acquisire le misure provenienti dal campo, inviare i set point relativi agli elementi controllabili. Gli algoritmi dell ottimizzatore di VoCANT saranno rivisti per tener conto delle differenze di funzionamento elettrico della TF (rete in BT) rispetto a quelle di una rete di distribuzione MT. Saranno effettuate le prove necessarie alla validazione delle modifiche effettuate e alla verifica del corretto funzionamento di VoCANT+. Sviluppo di un EMS (Energy Management System), basato su tecniche di ottimizzazzione mista intera, per microreti e sua integrazione nel sistema di supervisione e controllo della test facility di GD Nel corso del PAR2013 è stata definita l architettura funzionale di un sistema di supervisione e controllo per microgrid in BT che si articola in un insieme di moduli organizzati su tre livelli gerarchici: Energy Management System (EMS), Real Time Control (RTC) e Physical Grid" che comprende i controllori locali. Per questa architettura è stato sviluppato il modulo principale di ottimizzazione economica del livello EMS, che ha la funzione di definire il programma di esercizio delle risorse controllabili della rete (generatori, sistemi di accumulo, ecc.). I modelli MLD (Mixed Logical Dynamical System) e gli strumenti (HYSDEL, MILP, CPLEX) impiegati hanno permesso di superare i limiti delle tecniche utilizzate precedentemente. Si intende procedere al completamento del EMS sviluppando gli ulteriori moduli necessari per completare le funzioni, quali il modulo di revisione della previsone FR (real time Forecast Revision), di attuazione del piano di produzione PA (plan Actuation). I nuovi moduli saranno integrati nell architettura di controllo implementata nello SCADA della Test Facility di GD, e successivamente sarà avviata l attività sperimentale. La funzione EMS pianificherà in maniera ottimale e controllerà in modo automatico la generazione dalle risorse energetiche distribuite per soddisfare le necessità elettriche e termiche dei carichi e lo scambio di energia elettrica con la rete MT a cui la Test Facility di GD è connessa. Tale funzione avrà un duplice compito: da un lato consentire una gestione economica ottimale della microrete, dall altro garantire alla rete MT un determinato profilo di immissione e prelievo dell energia. In questa ottica la microrete potrebbe essere in grado di fornire servizi di bilanciamento di potenza attiva alla rete MT a cui è connessa. Come attività preliminare sarà ridefinita l architettura funzionale del sistema di supervisione controllo della test facility secondo il modello SGAM Framework elaborato dal CEN-CENELEC-ETSI Smart Grid Coordination Group (SG-CG) su mandato della commissione europea (standardization mandate M/490). L architettura, descritta inizialmente come un insieme di moduli organizzati su tre livelli gerarchici Energy Management System (EMS), Real Time Control (RTC) e Physical Grid", verrà Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 136 di 360

137 mappata sulla Reference Architecture SGAM. Questa descrizione architetturale faciliterà l implementazione del EMS nello SCADA Test Facility. Inoltre, come ausilio allo sviluppo dei moduli del EMS e all integrazione nella Test Facility, verrà arricchito di ulteriori funzionalità il simulatore realizzato nel PAR In particolare nel simulatore sarà inserito il modello di rete dinamico della Test Facility e sarà dotato di una interfaccia OPC (Ole for Process Control, standard di comunicazione per il trasferimento di dati, misure, comandi, utilizzato nello SCADA della Test Facility). Sviluppo di algoritmi di controllo per funzionamento in isola e simulazioni L attività di studio e simulazione continuerà prendendo in considerazione topologie di microreti più estese e complesse al fine di confermare quanto ottenuto in precedenza ed avere una visione più ampia dell argomento. Si affronterà anche la problematica relativa al passaggio dalla condizione di isola a quella di parallelo alla rete prevalente, sviluppando un apposito algoritmo di risincronizzazione da integrare nell attuale modello di generatore dotato di controllo conventional droop. Si ritiene comunque necessario indagare in maniera approfondita le cause del disturbo in bassa frequenza rilevato durante l attività sperimentale del PAR La finalità di tale indagine è la cancellazione o, quantomeno, l identificazione certa della fonte del disturbo stesso, in modo tale da poterlo gestire e replicare in simulazione validando il modello precedentemente sviluppato in ambiente ATPDraw. Dimostrazione di funzionamento in isola intenzionale di una parte della Test Faciltity di GD I risultati sperimentali ottenuti nel corso delle attività del PAR 2013 convalidano quanto visto in alcuni dei casi analizzati in simulazione. Si prevede quindi di implementare sul Front End della rete in corrente continua il controllo conventional droop, al fine di ripetere le stesse tipologie di prove effettuate durante il PAR 2013 e confrontarne i risultati con quanto ottenuto con il controllo inverse droop. Sotto-linea 2.2 Pianificazione reti attive Co-simulazione: simulazione congiunta degli aspetti elettrici e di comunicazione nelle reti attive Per esaminare e ottimizzare le prestazioni delle SDN (Smart Distribution Network SDN) e pianificarne lo sviluppo sono necessari nuovi strumenti di calcolo in grado di simulare simultaneamente (cosimulazione) il comportamento dei sistemi di distribuzione dell energia elettrica, di controllo e di comunicazione, tenendo conto delle varie interdipendenze tra di essi. Sulla base delle considerazioni architetturali elaborate nel corso del 2013, verrà messa a punto la piattaforma per la co-simulazione. Tale piattaforma verrà usata per un congruo numero di esempi significativi, basati sui dati di reti reali e capaci di mettere in evidenza le potenzialità della metodologia. Risultati e grado di realizzazione del prodotto triennale Prodotto triennale Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2012 e 2013 Attività previste nel PAR 2014 Sotto-linea 2.1 Controllo GD e reti attive SW di gestione e controllo (VoCANT 2.0) per reti di distribuzione attive in media tensione. Versione completa di VoCANT, verificata in ambiente simulato. Versione finale di VoCANT 2.0, con tutte le migliorie e modifiche suggerite dalle prove di integrazione su reti MT reali. Completamento delle prove in campo, con relative modifiche e nuove prestazioni suggerite dalle necessità di esercizio evidenziate da tali prove. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 137 di 360

138 Prodotto triennale SW di gestione e controllo (VoCANT+) per reti di distribuzione attive in media e bassa tensione Algoritmo di Energy Management System per microgrid in BT. Dati della sperimentazione nella test facility di GD del sistema di programmazione dell energia, supervisione e controllo per una microrete. Algoritmo di controllo predittivo MPC di tensione per reti di distribuzione. Strategia di controllo e simulatore dinamico di un impianto solare ibrido con turbina a gas. Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2012 e 2013 Inserimento di nuove funzioni, partendo da VoCANT 2.0, per realizzare la prima versione di VoCANT+. Prima fase di validazione di VoCANT+: su rete simulata. Prima versione di EMS con programmazione ottima della produzione e consumi di potenza attiva al giorno prima. Integrazione nella TF della prima versione di EMS con programmazione ottima delle produzioni al giorno prima e inseguimento del programma di produzione al giorno dopo. Sviluppo della nuova versione EMS basata su un algoritmo di ottimizzazione a numeri interi MILP. Prima versione prototipale provata in simulato su una piccola rete. Versione finale dell algoritmo provato in simulato su una rete reale MT. Strategia di controllo e simulatore in ciclo semplice. Rilascio versione finale. Attività previste nel PAR 2014 Completamento della fase di validazione di VoCANT+. Integrazione della nuova versione di EMS MILP nello SCADA della TF e sperimentazione. - - Algoritmo di controllo inverter per funzionamento in isola intenzionale di una microrete e per la gestione del transitorio (rete connessa-isola). Dati di simulazione e sperimentali relativi alla transizione ed al funzionamento in isola di una parte della Test Faciltity di GD. Studio e dati di simulazione di rete in isola in presenza di più inverter dotati di sistema di controllo droop, di tipo convenzionale ed inverso. Dati di simulazione e prove di funzionamento in isola di una porzione della Test Facility di GD di RSE in presenza di un inverter dotato di sistema di controllo droop inverso, carico lineare passivo (potenza massima di circa 55 kva) e carico rotante. Studio e dati di simulazione di reti complesse in isola in presenza di più inverter dotati di sistema di controllo droop. Studio e dati di simulazione di un algoritmo di controllo adatto alla risincronizzazione della microrete in isola con la rete prevalente. Prove di funzionamento in isola di una porzione della Test Facility di GD di RSE in presenza di un inverter dotato di sistema di controllo droop convenzionale. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 138 di 360

139 Prodotto triennale Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2012 e 2013 Attività previste nel PAR 2014 Sotto-linea 2.2 Pianificazione reti attive Piattaforma software per la cosimulazione. Si è studiata l architettura per una piattaforma di co-simulazione e si è verificata la fattibilità. Realizzazione della piattaforma software per la co-simulazione, con l adeguata interfaccia utente per la definizione dei parametri e la restituzione dei risultati della simulazione congiunta, elettrica e di comunicazione, ottenuti anche attraverso l utilizzo di software open source. Principali collaborazioni scientifiche Università / Consulente Oggetto Sottolinea Università di Bergamo Università di Cagliari Durata delle attività Marzo 2014 Febbraio Contributo alla realizzazione di VoCANT v.2.0 e VoCANT+ per le parti relative all ottimizzazione Contributo alla realizzazione di una piattaforma software per la co-simulazione ed effettuazione di prove significative basate sui dati di reti reali Eventuali note integrative sul contributo della collaborazione al raggiungimento degli obiettivi di progetto 2.1 Contratto di ricerca 2.2 Contratto di ricerca Linea 3 - Sistemi di comunicazione per reti attive Descrizione dell attività dell annualità 2014 Applicazione di tecnologie ICT per realizzare l interoperabilità tra sistemi Sul tema delle tecnologie ICT per le Smart Grid si proseguirà l attività relativa alle tecnologie ed ai metodi per realizzare l interoperabilità dei sistemi. Una prima attività riguarderà la traduzione della rete di distribuzione fornita da A2A Reti Elettriche da formato proprietario a standard CIM. La rete in formato standard CIM così ottenuta dovrà essere in grado di fornire tutte le informazioni necessarie a realizzare i casi d uso relativi al calcolo del powerflow, alla geolocalizzazione delle stazioni/linee e ad una rappresentazione esemplificativa degli schemi elettrici unifilari. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 139 di 360

140 La disponibilità di una rappresentazione in standard CIM di una rete in esercizio, è propedeutica alla definizione di un profilo comune a livello nazionale, su cui basare gli scambi informativi tra diversi attori (es. TSO-DSO, DSO-DSO). Si procederà poi con il completamento della descrizione della test facility di RSE secondo il formato standard CIM, il modello di rete della Test Facility sarà inoltre integrato con il modello CIM della rete dell impianto pilota Lambrate di A2A, che si interfaccia elettricamente con la Test Facility, al fine di verificarne la compatibilità in un ottica di calcoli di power flow. In continuità con quanto sperimentato per la rappresentazione delle reti elettriche, si valuteranno le possibilità di applicazione delle tecnologie di sviluppo software model driven nell ambito associato alla partecipazione attiva dei clienti nella gestione del sistema elettrico L attività farà riferimento al futuro standard IEC che specifica l interfaccia ICT tra il sistema elettrico ed i clienti attivi ed alla specifica Smart Energy Profile 2.0 per la gestione dei dispositivi all interno del dominio customer. Metodologia per la definizione dei requisiti dei sistemi di telecomunicazione per applicazioni smart grid Le precedenti attività relative all individuazione di una metodologia per definire i requisiti dei servizi di telecomunicazione associati ad applicazioni smart grid, hanno fatto riferimento al caso d uso relativo alla selettività logica per il coordinamento delle protezioni collocate lungo una linea di media tensione. I requisiti tecnici associati a tale applicazione risultano principalmente associati alla latenza relativa allo scambio di messaggi ed all affidabilità della rete di comunicazione. Al fine di validare tale metodologia in un ambito applicativo caratterizzato da requisiti complementari rispetto a queli finora considerati, si analizzeranno i casi d uso associati alla partecipazione dei clienti attivi alla gestione del sistema elettrico (es. Demand Response). In tale contesto, i requisiti di maggior importanza si riferiscono ad aspetti afferenti al consumo di banda associata all elevato numero di sistemi coinvolti ed alla Cybersecurity. La valutazione congiunta delle due tipologie di casi d uso considerati, ritenuti emblematici nel contesto delle applicazioni per la Smart Grid, consentirà di validare la metodologia per la definizione dei requisiti dei servizi di telecomunicazione in modo più completo rispetto ai risultati conseguiti nel PAR2013. Caratterizzazione delle prestazioni di sistemi di comunicazione A partire dall analisi effettuata durante l attività del PAR 2013 in relazione agli standard per la verifica delle prestazioni di reti Ethernet/IP, si punterà a definire un insieme di procedure di prova applicabili in campo per la caratterizzazione di reti di comunicazione power line o wireless, in grado di fornire una misura affidabile della qualità del servizio di comunicazione e i limiti della sua variabilità nel tempo. La disponibilità di caratterizzazioni in tal senso è necessaria per dare evidenza delle prestazioni effettivamente ottenibili con le diverse tecnologie nei variegati scenari applicativi forniti dalle reti elettriche di distribuzione. Il confronto fra i requisiti di comunicazione associati a una specifica applicazione e le prestazioni assicurate dalle diverse tecnologie di comunicazione applicabili permette poi di dare elementi di decisione sulle infrastrutture di comunicazione effettivamente utilizzabili nella realizzazione pratica delle soluzioni smart grid. Descrizione di casi d uso per le smart grid e identificazione di security level secondo la metodologia SGIS I risultati dell applicazione del SGIS security toolbox all analisi della sicurezza del caso d uso Controllo di Tensione verranno presentati alla Sessione Cigré Gli stessi verranno inseriti nel rapporto di sintesi del lavoro svolto dal gruppo SGIS dello SG CG europeo. I risultati sulle architetture ICT dei casi d uso e loro requisiti verranno presentati al Workshop CIRED Si effettueranno azioni mirate alla condivisione delle conoscenze all interno del gruppo di lavoro H4SGCS (Hub for Smart Grid Cyber Security), al Workshop SoES, al Workshop CIPS IV e la Workshop e alla prima Conferenza Nazionale Cyber Security Energia. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 140 di 360

141 Strumenti per la valutazione del rischio cyber negli scenari di controllo delle smart grid Relativamente alla modellazione della sicurezza, gli effetti degli scenari di attacco del caso d uso verranno analizzati tramite un simulatore di rete ICT in grado di integrare i moduli di comunicazione del testbed. L approccio combinato testbed-simulatore permetterà di i) validare il modello del simulatore con le misure dei test, ii) definire gli scenari di attacco più critici da implementare nel testbed, iii) generalizzare le misure ottenute dal testbed aumentando la scala delle architetture analizzate. Test bed per la sperimentazione di protocolli e funzioni per la gestione di reti attive in condizioni di cyber security. Gli sviluppi del testbed proseguiranno con l estensione delle comunicazioni client/server con funzioni di recovery della sessione MMS e della associazione TLS a fronte di comportamenti anomali della connessione TCP. Le capacità dei meccanismi di recupero verranno testati sulla rete di accesso LTE simulando opportuni scenari di attacco. L attività sperimentale consentirà di visualizzare gli effetti degli attacchi sulle funzioni di monitoraggio e controllo della rete ICT e della rete elettrica, misurare le prestazioni della tecnologia LTE M2M, quantificare i requisiti di sicurezza del caso d uso, correlare le misure sperimentali ai modelli utilizzati nelle attività di valutazione mediante simulatore di rete ICT. Come ricaduta concreta sull avanzamento degli standard e grazie alla partecipazione al WG15 del TC 57 IEC, gli sviluppi sperimentali consentiranno di: valutare l utilizzo della edizione 2 dello standard IEC per la sicurezza del profili di comunicazione IEC basati su TCP/IP, la cui pubblicazione è prevista entro il 2014; contribuire alla specifica della nuova edizione dello standard IEC per il monitoraggio dei sistemi e delle reti ICT, la cui pubblicazione è prevista nel Risultati e grado di realizzazione del prodotto triennale Prodotto triennale Dati di caratterizzazione di canali power line su reti MT. Dati di caratterizzazione statistica di canali power line su reti MT in esercizio e correlazione con le prestazioni di apparati di comunicazione a larga banda Integrazione di reti elettriche di distribuzione con microreti conforme allo standard CIM: rete MT sottesa alla C.P. di Milano Lambrate completa dell impianto pilota Lambrate e della test facility di GD di RSE Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2012 e 2013 Misure di caratterizzazione di canali power line su reti MT. Misure di prestazione di apparati di comunicazione a larga banda su canali power line di reti MT. Conversione esemplificativa del modello dati VoCANT secondo lo standard CIM. Rappresentazione del modello della rete della Test Facility di RSE espressa secondo lo standard CIM. - Attività previste nel PAR 2014 Traduzione della rete di distribuzione fornita da A2A Reti Elettriche da formato proprietario a standard CIM. Completamento del modello di rete della Test Facility di RSE secondo lo standard CIM. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 141 di 360

142 Prodotto triennale Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2012 e 2013 Attività previste nel PAR 2014 Definizione delle modalità di interfacciamento ICT tra rete elettrica e generatori distribuiti nell ambito della norma CEI Realizzazione prototipale di Customer Energy Manager, mediante l applicazione di tecnologie di svliluppo software Model-Driven. Metodologia per la definizione dei requisiti dei sistemi di telecomunicazione per applicazioni Smart Grid. Metodi di verifica delle prestazioni di reti Ethernet/IP per canali di comunicazione tempo varianti, quali power line e wireless. Descrizione di casi d uso per le Smart Grid e identificazione di security level secondo la metodologia SGIS. Test bed per la sperimentazione di protocolli e funzioni per la gestione di reti attive in condizioni di cyber security. Strumenti per la valutazione del rischio cyber negli scenari di controllo delle Smart Grid Contributo alla definizione delle modalità di interfacciamento ICT tra rete elettrica e generatori distribuiti nell ambito della norma CEI Analisi preliminare per l identificazione della metodologia per la definizione dei requisiti dei sistemi di telecomunicazione per applicazioni Smart Grid. Analisi dei metodi di verifica delle prestazioni di reti Ethernet/IP attualmente in uso. Descrizione preliminare dei casi d uso. Descrizione dettagliata dei casi d uso e applicazione del security toolkit SGIS. Progetto dell architettura e studio di fattibilità. Sviluppo di primi moduli di comunicazione e integrazione di misure di sicurezza. Sviluppo dei primi modelli per la rappresentazione degli attacchi agli scenari di controllo. - Applicazione di tecnologie di sviluppo software Model- Driven per l implementazione delle interfacce di un componente software avente funzioni di Customer Energy Manager. Metodologia per la definizione dei requisiti dei sistemi di telecomunicazione per applicazioni Smart Grid. Metodi di verifica delle prestazioni di reti Ethernet/IP per canali di comunicazione tempo varianti, quali power line e wireless. Identificazione dei requisiti, degli standard e delle policy di sicurezza dei casi d uso. Sviluppo dei test per la valutazione delle contromisure, calcolo delle misure e dei KPI. Simulazione degli scenari di attacco alle comunicazioni tramite simulatore di rete ICT con integrazione (Direct Code Execution) dei moduli di comunicazione standard del testbed. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 142 di 360

143 Principali collaborazioni scientifiche Università / Consulente Oggetto Eventuali note integrative sul contributo della collaborazione al raggiungimento degli obiettivi di progetto WITIKEE, spin off Università di Udine J. Szanto Esame e configurazione di procedure di misura delle prestazioni di reti Ethernet/IP per canali di comunicazione power line. Supporto sviluppo applicazioni SW Testbed Reti Attive Durata delle attività Marzo 2014 Febbraio Linea 4 - Integrazione della GD nelle reti di distribuzione: inverter, protezioni e automazione Descrizione dell attività dell annualità 2014 Sotto-linea 4.1 Dispositivi e protezioni per reti attive in c.a Sperimentazione delle funzioni di controllo per un dispositivo che integra un impianto fotovoltaico e una batteria attraverso l utilizzo della test facility in c.c. Da un indagine svolta si è visto che al momento esistono, a livello commerciale, sistemi che integrano fotovoltaico e batteria per applicazioni domestiche, ma tali sistemi permettono solo di aumentare l autoconsumo, offrendo in taluni casi anche la funzione di back-up di energia. Se da un lato l autoconsumo permette di ridurre l impatto determinato dagli impianti fotovoltaici sulla rete elettrica, riducendone la potenza immessa, dall altro le tecniche utilizzate privileggiano il consumatore e non è previsto in alcun caso la possibilità di aumentare l integrabilità dei sistemi fotovoltaici nelle reti. La presenza di un sistema di accumulo in un impianto fotovoltaico permette, infatti, di ridurre l impatto della variabilità di produzione migliorando la prevedibilità e la regolabilità ed offrendo molteplici servizi ancillari. Con questa attività si vuole sperimentare le funzioni di controllo di un sistema costituito da una batteria connessa a un generatore fotovoltaico, su un lato comune in c.c., in grado di fornire servizi all utente e alla rete elettrica oltre all autoconsumo, quali: regolazione del profilo di produzione dell impianto fotovoltaico; spianamento dei picchi di carico: viene garantita all utenza domestica una potenza di picco eccedente i limiti contrattuali di approvvigionamento; riduzione dei costi di approvvigionamento dell energia da rete, acquistando energia nelle ore economicamente favorevoli; funzione da UPS (Uninterruptible Power Supply); partecipazione alla regolazione della tensione mediante assorbimento/erogazione di potenza reattiva; partecipazione alla regolazione primaria della frequenza; Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 143 di 360

144 compensazione degli sbilanciamenti di energia tra la domanda e l offerta all interno della rete di distribuzione. Nell ambito dello sviluppo degli algoritmi di controllo per un impianto costituito da un generatore fotovoltaico e un sistema di accumulo, è stato verificato, durante il precedente periodo RdS, l algoritmo per l Energy Management System attraverso la rete sperimentale in corrente continua. Le funzionalità provate sperimentalmente hanno riguardato la gestione dei flussi energetici scambiati tra un carico locale, la rete di distribuzione in c.a., il generatore fotovoltaico e il sistema di accumulo. Questa attività ha permesso di verificare come l algoritmo sviluppato permetta di aumentare la quota di autoconsumo, garantendo un profilo di scambio con la rete di distribuzione più regolare e prevedibile. Il controllo permette inoltre di compensare i picchi di assorbimento del carico, garantendo un Peak Shaving, e di accumulare energia da rete nelle ore economicamente favorevoli, effettuando un azione di Time Shift. Nel corrente periodo RdS si vogliono integrare e sperimentare nel sistema di gestione della rete in corrente continua gli algoritmi necessari a svolgere i servizi ancillari, che un sistema di accumulo abbinato a un impianto fotovoltaico può fornire alla rete. L attività sarà svolta utilizzando la rete di distribuzione in corrente continua come prototipo del dispositivo fotovoltaico accumulo. Per poter implementare tutte le funzionalità sopra-citate il controllo locale dei diversi convertitori della rete in corrente continua verrà modificato: il convertitore c.c./c.a. deve, infatti, poter erogare potenza attiva/reattiva, in funzione dei set-point derivati da una logica di alto livello, indipendentemente dalla tensione sul bus c.c., il cui controllo sarà totalmente demandato ai sistemi di accumulo presenti. Si procederà quindi alla verifica sperimentale del funzionamento del sistema completo durante situazioni di funzionamento tipiche, al fine di appurare la capacità di un sistema fotovoltaico-accumulo nello svolgere contemporaneamente funzioni energetiche al servizio dell utente e fornire servizi ancillari alla rete. Inoltre, si svilupperà ulteriormente l Energy Management System dell intero dispositivo integrando le previsioni meteo, al fine di rendere prevedibile lo scambio di potenza con la rete elettrica. Per sviluppare tale funzione di EMS, l incertezza dei dati di previsione meteo e domanda elettrica verranno trattati attraverso un algoritmo di ottimizzazione economica. Prototipo dispositivo per reti BT per il miglioramento della PQ e per la gestione di accumuli associati a GD Per quanto riguarda l elettronica di potenza, nell ambito di una collaborazione con A2A Reti Elettriche, partendo dai risultati ottenuti con l attività relativa al PAR 2013, proseguirà l attività relativa allo studio e realizzazione prototipale in scala ridotta di un dispositivo ( Compensatore Universale ) per le reti di bassa tensione, con finalità di miglioramento della Power Quality. Il dispositivo è in grado di svolgere funzioni da filtro attivo compensando, in condizioni normali di rete, sia le correnti armoniche sia le variazioni rapide nell assorbimento di potenza di un carico installato a valle del dispositivo (ad esempio carichi distorcenti, squilibrati o motore). Inoltre, grazie all apertura di un interruttore statico, comandata dal controllo del dispositivo, è prevista l alimentazione in isola di un carico privilegiato per la compensazione di disturbi di rete quali un buco o un interruzione di tensione. Caratterizzato il comportamento del dispositivo in condizioni di disturbo di rete e, in generale, di transitorio di carico, l attività di ricerca, nell ambito dello studio mediante simulazioni, proseguirà con l approfondimento: dell analisi di condizioni di funzionamento in sovraccarico e guasto in rete; della coesistenza del dispositivo con la GD, interfacciata con elettronica di potenza, nella rete privilegiata. Lo sviluppo del prototipo in scala ridotta e l attività sperimentale procederanno con la realizzazione delle connessioni fisiche dei componenti e dei segnali/misure alla scheda di controllo e all esecuzione delle prove per la verifica della correttezza dei collegamenti. Parallelamente si procederà alla scrittura del codice di controllo sulla scheda hardware che sarà interfacciata al simulatore Real Time (RT), Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 144 di 360

145 disponibile in RSE, consentendo la verifica delle prestazioni del controllo riguardo alle funzionalità richieste al dispositivo al di là delle limitazioni fisiche tipiche delle prove in laboratorio, verifica propedeutica alla realizzazione del prototipo di potenza. Per l esecuzione delle prove RT occorrerà realizzare il trasferimento dei modelli sviluppati in ATPDraw nell ambiente Matlab/Simulink in modo da procedere alla verifica della capacità di: operare un filtraggio attivo delle armoniche di carichi distorcenti in parallelo alla rete; sostenere il transitorio di passaggio in isola e la tensione in isola alimentando carichi privilegiati ; riconnettersi in rete una volta ripristinate le condizioni normali della tensione di rete. Caratterizzazione sperimentale di un sistema di protezione per reti attive dotato di selettività logica L attività intrapresa nel campo del coordinamento delle protezioni in reti attive, inquadrata in una collaborazione con A2A Reti Elettriche, necessita di ulteriori approfondimenti sia teorici sia sperimentali di laboratorio. In particolare lo sviluppo delle attività di ricerca affronterà il tema dell integrazione delle sequenze di richiusura automatica in reti di distribuzione sia radiali sia magliate. L attività di laboratorio si svilupperà analizzando configurazioni magliate di rete e utilizzando protezioni multifunzione di costruttori differenti per verificarne l interoperabilità, come requisito necessario per un implementazione del coordinamento logico in reti reali in cui integrare protezioni realizzate da diversi costruttori. Verrà inoltre valutata la possibilità di ricorrere al simulatore Real Time, cui interfacciare le protezioni per uno studio che può essere considerato un passo intermedio per un eventuale applicazione in campo della proposta di coordinamento. Analisi economica di reti con forte penetrazione di inverter atti al miglioramento della PQ La metodologia sviluppata nell attività del PAR 2013 di analisi economica in reti con forte penetrazione di inverter per il miglioramento della Power Quality, sarà applicata all analisi di altre configurazioni di rete attiva in presenza di generazione distribuita da fonti rinnovabili, interfacciata con elettronica di potenza, per valutare la sostenibilità economica di micro-reti di distribuzione alimentate in isola. L attività sarà svolta in collaborazione con l Università di Trieste, in continuità con quanto fatto nel PAR Sperimentazione in laboratorio di inverter per il collegamento in rete di GD Relativamente alle attività di laboratorio sugli inverter, nell ambito del supporto a ISGAN SIRFN, verrà verificata la possibilità di gestione remota, mediante comunicazione secondo lo standard IEC 61850, di funzionalità avanzate di inverter fotovoltaici. Verrà inoltre verificato che alcune delle procedure già definite in ambito ISGAN SIRFN, tipicamente quelle rivolte a funzioni elettriche, siano applicabili e portino all effettiva esecuzione della funzionalità prevista (scambio reattivo, prese di carico, ecc.). Sotto-linea 4.2 Reti attive in c.c. Studio e analisi di reti attive MT in c.a. magliate e con collegamenti in c.c. Con l attività del PAR 2013 si è realizzato un modello di rete magliata di distribuzione in media tensione, con allacciata Generazione Distribuita, caratterizzata da magliatura con collegamenti in corrente continua. Il modello ha permesso di verificare le possibilità offerte da tali magliature in termini di mitigazione delle perturbazioni di frequenza, minimizzazione della propagazione dei guasti, controllabilità dei flussi di potenza per ripartire meglio la produzione da rinnovabili. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 145 di 360

146 Verrà studiata ed analizzata la possibilità di esercire la rete in condizioni di contro-alimentazione con un funzionamento in isola del convertitore elettronico che alimenta i carichi derivati dal tratto di linea sano a valle del tronco guasto. Adeguamento dei sistemi di protezione della test facility in c.c. e verifica sperimentale Durante il PAR 2013 è stato analizzato in ambiente di simulazione il funzionamento di una rete in corrente continua non isolata da terra in presenza di guasti verso terra. Attraverso l analisi in ambiente di simulazione sono emerse differenze tra le diverse modalità di gestione del cosìdetto stato del neutro, sia in presenza di guasti verso terra sia durante il normale funzionamento. Tale analisi ha inoltre permesso lo sviluppo di un algoritmo di controllo che permette di aumentare il margine di guasto e di garantire quindi il mantenimento della tensione del bus in continua per tutto il tempo necessario ad effettuare il distacco controllato degli elementi connessi lato continua. Nel PAR 2014 si modificherà l attuale rete in c.c., inserendo un collegamento verso terra che permetterà di integrare le dovute protezioni per le apparecchiature e le persone contro i guasti, e si procederà con la sperimentazione del funzionamento della rete in corrente continua non isolata da terra sia durante il normale funzionamento che in presenza di guasti verso terra. L attività prevede l introduzione dei condensatori che emulano le capacità parassite verso terra dell impianto fotovoltaico, per verificarne l effetto (fenomeni di risonanza) durante il normale funzionamento della rete. Verrano quindi realizzati dei guasti verso terra con resistenza di guasto elevata, onde evitare danneggiamenti ai componenti, e verrà verificato sperimentalmente l algoritmo per aumentare il margine di guasto sviluppato nel precedente PAR2013. I risultati di questa sperimentazione saranno utili per verificare quanto ottenuto attraverso l ambiente di simulazione e studiare quindi le protezioni fisiche più idonee per le persone e le apparecchiature. Risultati e grado di realizzazione del prodotto triennale Prodotto triennale Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2012 e 2013 Attività previste nel PAR 2014 Sotto-linea 4.1 Dispositivi e protezioni per reti attive in c.a. Dati sperimentali relativi alle prove di inverter per il collegamento in rete di GD. Dati sperimentali di laboratorio relativi alle prove di verifica funzionalità secondo CEI 0-21 su inverter commerciali antecedenti l emissione della norma. - Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 146 di 360

147 Prodotto triennale Algoritmo di controllo per un sistema di accumulo connesso ad un impianto fotovoltaico per svolgere funzioni di supporto alla rete (2013). Prototipo di un sistema integrato accumulofotovoltaico per reti BT (attraverso l utilizzo della test facility in c.c.) con funzioni avanzate a servizio dell utenza e della rete elettrica. Studio e dati di simulazione dell applicazione di un sistema di protezione ottimizzato per reti attive con struttura magliata (radiali, magliate e petalo). Dati sperimentali relativi alla caratterizzazione di una implementazione di laboratorio del sistema di protezione per reti attive. Prototipo di laboratorio di dispositivo elettronico per reti attive di bassa tensione per il miglioramento della Power Quality Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2012 e 2013 Definizione dell algoritmo di controllo, per svolgere le funzioni di autoconsumo, peak-shaving e gestione della potenza attiva e reattiva scambiata tra l utente e la rete. Realizzazione del modello in ambiente di simulazione digitale e verifica dell algoritmo. Integrazione di ulteriori funzioni all interno dell algoritmo di controllo, quale la partecipazione alla regolazione della frequenza, e verifica tramite ambiente di simulazione digitale. Progettazione di base dei diversi convertitori necessari per la realizzazione finale del prototipo e verifica funzionale attraverso ambiente di simulazione digitale per la verifica dei comportamenti in transitorio. Utilizzo della rete c.c. per poter emulare il dispositivo accumulofotovoltaico. Implementazione nel controllore centralizzato della rete c.c. degli algoritmi di controllo e verifica sperimentale. Definizione di un coordinamento delle protezioni basato su selettività logica in reti attive radiali. Applicazione ad un modello di struttura di rete di distribuzione MT dedotto dalla realtà di A2A Milano. Studio ed analisi di applicazione delle logiche di coordinamento protezioni in reti magliate (petalo ed anello). Valutazione delle funzionalità elettriche di una protezione multifunzione e della capacità di gestione segnali logici (emulazione di un architettura di comunicazione tra più dispositivi). Realizzazione del modello del dispositivo in ambiente digitale. Analisi del suo comportamento in transitorio. Implementazione del Attività previste nel PAR 2014 Integrazione delle previsioni meteo nell algortimo di controllo, per migliorare la prevedibilità dello scambio di potenza con la rete di distribuzione. Sviluppo dell Energy Management System del sistema e delle funzioni ancillari per la rete c.a. Si utilizzerà la rete c.c. come prototipo del sistema fotovoltaico-accumulo modificando gli algoritmi di controllo dei diversi convertitori e sviluppando nel controllore centralizzato tutte le funzioni precedentemente sviluppate. Integrazione delle sequenze di richiusura automatica in reti di distribuzione sia radiali sia magliate con protezioni lungo linea coordinate con selettività logica. Verifica in laboratorio dell interoperabilità di protezioni multifunzione di costruttori differenti. Valutazione della possibilità di interfacciamento al simulatore Real Time delle protezioni per studiarne il coordinamento, passo intermedio per un eventuale applicazione in campo della proposta di coordinamento. Approfondimento delle condizioni di funzionamento in sovraccarico e guasto e della coesistenza del dispositivo con la GD nella rete privilegiata. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 147 di 360

148 Prodotto triennale ( Compensatore Universale ) e per la gestione di accumuli associati a GD. Centro di competenza sulla qualificazione di inverter destinati all'integrazione del fotovoltaico e accumulo in rete: laboratorio di prova per convertitori elettronici impiegabili nelle Smart Grid per la connessione dei generatori alla rete Sotto-linea 4.2 Reti attive in c.c. Dati della sperimentazione di funzioni di controllo centralizzato della test facility in c.c. Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2012 e 2013 modulatore (banda d isteresi a frequenza commutazione fissa) su kit di sviluppo prototipi. Progettazione di massima e stesura delle specifiche per la realizzazione del laboratorio di prova per convertitori elettronici impiegabili nelle Smart Grid Realizzazione del laboratorio. Implementazione di un controllore centrallizzato nella test facility in c.c. e prova sperimentale per la verifica del funzionamento. Attività previste nel PAR 2014 Realizzazione delle connessioni fisiche dei componenti e dei segnali/misure alla scheda di controllo del prototipo in scala ridotta: prime prove per la verifica della correttezza dei collegamenti. Interfacciamento al simulatore Real Time (RT) della scheda di controllo del dispositivo per verificarne le prestazioni. - - Definizione di architetture di rete in c.c., studio della gestione del neutro, delle problematiche di guasto e dei criteri di protezione delle persone per le reti attive in c.c.. Dati sperimentali relativi all impiego di algoritmi di controllo sviluppati per la gestione della test facility in c.c. e alla verifica dei criteri di protezione adottati. Realizzazione del modello digitale e verifica in ambiente simulato delle problematiche di guasto relative al convertitore d interfaccia c.c./c.a.. Realizzazione del modello digitale di una rete c.c. generica e verifica in ambiente simulato delle problematiche di guasto e dei criteri di protezione relativi all intera rete. Integrazione nella test facility in c.c. di un trasformatore per il collegamento a terra e di capacità verso terra. Verifica del funzionamento della rete in condizioni normali di esercizio. Verifica del funzionamento della rete durante le condizioni di guasto verso terra, con resistenza di guasto elevata. Integrazione e sperimentazione dell algoritmo sviluppato per aumentare il margine di guasto. Studio e dati di simulazione relativi all applicazione di sezioni in c.c. per l interconnessione e la magliatura di reti di distribuzione c.a. in MT. Realizzazione del modello digitale di rete e prime verifiche in condizioni di guasto in rete c.a. e c.c. Verifica della possibilità di esercire la rete in condizioni di contro-alimentazione con un funzionamento in isola del convertitore che alimenta i carichi derivati dal tratto di linea sano a valle del tronco guasto. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 148 di 360

149 Principali collaborazioni scientifiche Università / Consulente Oggetto Sottolinea Eventuali note integrative sul contributo della collaborazione al raggiungimento degli obiettivi di progetto Università di Trieste Politecnico di Milano, DEIB Contratto di ricerca finalizzato alla stima della sostenibilità economica di micro-reti in isola con generazione distribuita interfacciata con elettronica di potenza Contratto di Ricerca finalizzato alla verifica sperimentale della microrete in corrente continua non isolata da terra Durata delle attività Marzo 2014 Febbraio 2015 Linea 5 - Sperimentazione sulla Test Facility di Generazione Distribuita in BT Descrizione dell attività dell annualità 2014 Sperimentazione nella TF di un sistema per la gestione tecnico-economica ottimizzata delle risorse distribuite (Energy Management System) Proseguirà l attività di sviluppo e sperimentazione del dispacciatore economico implementato e sperimentato nel precedente PAR mediante l introduzione di funzioni per il controllo in anello chiuso quali: l aggiustamento on-line delle previsioni meteo ed il calcolo del carico termico, sulla base di una simulazione di utenza termica e dei dati di previsione delle condizioni ambientali. Inoltre, verrà integrata e sperimentata nella Test Facility la nuova funzione di Energy Management System (basata su tecniche di programmazione lineare miste-intere MILP) sviluppata nella Linea 2. Sviluppo e sperimentazione di uno stimatore dello stato di una rete attiva di bassa tensione e integrazione nel controllore della TF Per controllare i flussi di potenza bidirezionali nelle reti attive e il profilo di tensione che viene alterato dalla presenza di generazione distribuita, e per gestire il funzionamento della rete in isola intenzionale, è necessario disporre di misure adeguate dei parametri di rete, per pervenire a una stima ragionevole dello stato della stessa al fine di individuare l eventuale violazione di limiti operativi. Il programma di Stima dello stato deve avere la capacità di giungere ad una stima precisa anche in presenza di misure errate e di individuare rigorosamente queste ultime continuando a ricostruire l osservabilità attraverso l utilizzo di pseudomisure di diversa origine. Lo stimatore dello stato sviluppato nel precedente PAR sarà adeguato per l impiego in reti di bassa tensione non equilibrate e sarà poi sperimentato nella Test Facility di GD. L integrazione verrà effettuata mediante l installazione di un OPC-server per consentire lo scambio dati tra impianto e stimatore. Lo stimatore, sviluppato in ambiente Matlab, verrà integrato Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 149 di 360

150 nel software Labview di supervisione e controllo mediante apposito modulo Matlab-Simulink e verificato sperimentalmente in differenti condizioni di rete. Sperimentazione nella test facility del controllore VoCANT+. Il controllore VoCANT+, derivato dall esistente controllore VoCANT sviluppato nella Linea 2 per applicazioni su reti MT, sarà adeguato per operare anche nelle reti di bassa tensione e sperimentato nella Test Facility di GD. Sperimentazione del funzionamento in isola intenzionale nella test facility L algoritmo di controllo inverter per funzionamento in isola intenzionale di una microrete e per la gestione del transitorio (rete connessa-isola) sviluppato nella linea 2 sarà sperimentato nella Test Faciltity di GD. Predisposizione della Test Facility alla sperimentazione nell ambito del progetto A2A Smart Grids Lambrate L attività riguarda il progetto A2A Smart Grids Lambrate, che prevede la partecipazione della Test Facility di RSE come uno degli impianti connessi alla rete dell impianto pilota di Lambrate. In particolare, in accordo con A2A verranno installati nella TF dei dispositivi innovativi (dispositivi di protezione, interruttori, Router per utente attivo) che potranno essere gestiti da remoto da A2A per sperimentare applicazioni tipiche di smart grid (disconnessioni selettive, gestione di generatori e carichi, gestione potenza attiva e reattiva). I dispostivi saranno quindi integrati nel sistema di supervisione e controllo della Test Facility in modo tale da garantire una gestione della rete in accordo alle richieste del distributore. Nuovo sistema SCADA della test facility di GD e verifica sperimentale Verrà completata l integrazione nello SCADA della test facility delle risorse distribuite connesse alla microrete: sistema di accumulo con batteria Redox e nuovo sistema di accumulo con batterie al piombo. Saranno inoltre effettuate attività di aggiornamento ed installazione di nuovi componenti, di predisposizione di nuove configurazioni di rete e di integrazione elettrica e strumentale volte ad un ampliamento del monitoraggio della microrete. Verrà inoltre effettuata una verifica sperimentale dei componenti a valle dell integrazione degli stessi nel sistema di supervisione e controllo. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 150 di 360

151 Risultati e grado di realizzazione del prodotto triennale Prodotto triennale SW per il controllo, fino a tre giorni, dei profili di immissione in rete della produzione fotovoltaica mediante l utilizzo di sistemi di accumulo. Dati della sperimentazione nella TF del SW di controllo della produzione FV. Nuovo sistema SCADA della test facility di GD. Stimatore dello stato di una rete attiva di bassa tensione. Dati della sperimentazione nella TF dello stimatore dello stato di una rete attiva BT. Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2012 e 2013 Sviluppo e sperimentazione di algoritmi di controllo per l integrazione dei generatori fotovoltaici con sistema di accumulo, per mitigare l aleatorietà delle risorse rinnovabili e garantire il profilo di dispacciamento richiesto utilizzando i dati di previsione di radiazione solare da fonte RSE. Aggiornamento del SW per l implementazione di funzioni di controllo multigiornaliere e verifica della taglia ottimale del sistema di accumulo. Verifica sperimentale delle funzioni di controllo della produzione FV con regolazione in potenza ed energia. Verifica sperimentale di funzionamento plurigiornaliero del controllo della produzione FV. Sviluppo di nuove funzioni dello SCADA: integrazione di un cogeneratore a gas e di batterie al litio, previsioni meteo e produzione fotovoltaica. Sono state sperimentate nuove funzioni di controllo della Test Facility. Integrazione di nuovi generatori, accumuli e strumenti di misura nel sistema di monitoraggio, controllo e acquisizione dati della test facility. Implementazione di nuove funzioni di controllo della microrete. Algoritmo di stima dello stato di una rete attiva di bassa tensione equilibrata. Validazione in simulato sulla rete della test facility di GD. Realizzazione di una libreria da integrare nel sistema di controllo della test facility. - Attività previste nel PAR 2014 Completamento integrazione nello SCADA delle risorse distribuite della Test Facility. Integrazione OPC server per interfacciamento standard con moduli o utenti esterni. Integrazione dello stimatore dello stato nel sistema di supervisione e controllo della TF. Aggiornamento dello stimatore per reti BT non equilibrate. Sperimentazione dello stimatore integrato nello SCADA mediante OPC server. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 151 di 360

152 Prodotto triennale Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2012 e 2013 Attività previste nel PAR 2014 Implementazione nella test facility di GD del sistema di programmazione dell energia, supervisione e controllo per una microrete. Dati della sperimentazione di un Energy Management System nella TF. Verifica funzionale dell algoritmo di ottimizzazione mediante simulazione numerica e verifica sperimentale off-line nella test facility. Integrazione dell algoritmo di ottimizzazione nel sistema di supervisione e controllo della test facility e verifica sperimentale del funzionamento real-time. Sperimentazione dell algoritmo di ottimizzazione in anello chiuso. Integrazione e sperimentazione del nuovo algoritmo EMS. Dati della sperimentazione nella test facility del controllore VoCANT+. Dati sperimentali relativi alla transizione ed al funzionamento in isola di una parte della Test Faciltity di GD Dati della sperimentazione di un generatore solare a concentrazione con motore stirling. Integrazione della TF con impianto pilota rete MT attiva Lambrate di A2A. - - Adeguamento motore stirling con nuova tipologia di tenuta. Adeguamento del sistema di movimentazione del disco e del sistema di monitoraggio e verifica sperimentale del sistema. Verifica delle modifiche impiantistiche e dei protocolli di comunicazione per l integrazione della Test Facility con l impianto pilota. Integrazione e sperimentazione nella Test Facility del controllore VoCANT+. Sperimentazione dell algoritmo di controllo inverter per il funzionamento in isola intenzionale della test facility. - Realizzazioni modifiche impiantistiche secondo le indicazioni di A2A. Principali collaborazioni scientifiche Università / Consulente Oggetto Eventuali note integrative sul contributo della collaborazione al raggiungimento degli obiettivi di progetto Università di Genova Durata delle attività Marzo 2014 Febbraio Sviluppo del SW di stima dello stato di una rete attiva in BT squilibrata. Supporto alla sperimentazione nella test facility RSE. Contratto di ricerca Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 152 di 360

153 Linea 6 - Sistemi di accumulo di energia di grande taglia Descrizione dell attività dell annualità 2014 Sotto-linea 6.1 Pompaggio idroelettrico Aggiornamento del modello di scambio energetico dell impianto di Foxi Murdegu e di riduzione dello sbilanciamento degli impianti eolici nelle vicinanze Questa attività prevede il perfezionamento del modello energetico già sviluppato nel PAR2013 ed è articolata nei seguenti punti: Inserimento di nuove configurazioni di pompe-turbine per una maggiore e più efficiente integrazione nella rete (attività realizzata in collaborazione con il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell Università di Padova); Considerazione dei vincoli tecnici e tempi operativi di funzionamento dei macchinari: partenze da fermo, tempi per passaggi da pompaggio a generazione, modifica del numero di giri, ecc. ; Perfezionamento della simulazioni di scambio energetico nei mercati elettrici mediante modelli più accurati basati sulla serie aggiornata dell impianto di pompaggio di Taloro; Perfezionamento dei modelli di integrazione dell energia sbilanciata dagli impianti eolici nelle vicinanze, considerando accordi bilaterali separati tra Foxi Murdegu e gli impianti eolici. Aggiornamento della valutazione dell impatto di Foxi Murdegu sul sistema elettrico ed analisi economico-finanziaria Dall analisi di fattibilità economico-finanziaria, effettuata nel PAR 2013 considerando solo i ricavi diretti di vendita e acquisto dell energia nel mercato elettrico (MGP e MB), è risultato non conveniente investire nella realizzazione dell impianto di pompaggio costiero. D altro canto i benefici indiretti per il sistema energetico, in particolare quelli relativi alla riduzione di CO 2, risultano piuttosto consistenti e dovrebbero quindi costituire la base per l individuazione di un sistema incentivante che consenta di ripartire equamente questi benefici tra tutti gli stakeholders. Verrà approfondito lo studio dell impatto dell impianto di pompaggio marino sul sistema elettrico insulare e nazionale ed i conseguenti benefici. In particolare si prevede: Applicazione del tool REMARK+ per la rivalutazione di alcuni benefici associabili all impianto di pompaggio: affidabilità della rete locale sarda e beneficio sociale a livello nazionale (anno scenario 2020), anche in presenza del nuovo collegamento SA.CO.I. 3 da 600 MW; Analisi di sensitività dei risultati alle diverse ipotesi di previsione del prezzo della Carbon Tax; Aggiornamento dell'analisi economico-finanziaria con proposte di trasferimento del valore dei benefici indiretti, all'impianto di pompaggio. Sotto-linea 6.2 Stoccaggio gas naturale e CAES Contratto di collaborazione con Airlight Energy per l analisi dei dati sperimentali di un impianto CAES adiabatico E attivo un contratto di collaborazione con Airlight Energy grazie al quale sarà possibile seguire direttamente l attività di sperimentazione di compressione dell aria all interno della galleria di accumulo dell impianto ACAES di Pollegio, prevista dalla società svizzera per la seconda metà del Stoccaggio gas: attività geologiche Le attività geologiche saranno così indirizzate: analisi della documentazione pubblica disponibile nell ambito del già citato Progetto ViDEPI con lo scopo di individuare eventuali aree dismesse potenzialmente idonee ad essere utilizzate come serbatoi di stoccaggio geologico del gas metano; Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 153 di 360

154 la documentazione geologica analizzata e censita di cui al punto precedente sarà inserita nella struttura del GIS già disponibile ed integrata anche nel GeoWebGis consultabile in rete internet; completamento del modello geologico 3D di dettaglio dell area corrispondente all ex Concessione Fiume Basento in Basilicata, individuata nel 2013, per renderlo disponibile alle procedure di simulazione numerica in ambito fluidodinamico. Stoccaggio gas: attività modellistiche Queste attività prevedono: completamento delle fasi di test relativi ai nuovi moduli che riguardano il comportamento del gas metano nelle condizioni di pressione e temperatura proprie dei giacimenti; definizione dei volumi di stoccaggio e di erogazione del gas rapportati alle volumetrie possibili di giacimento (working gas, cushion gas e riserva strategica) e di un tipico ciclo estivo (di iniezione) e invernale (di erogazione) basato su dati sperimentali reali; esecuzione di scenari modellistici in ambito fluidodinamico del processo industriale di iniezione e estrazione del gas e analisi del campo di pressione e della integrità delle rocce del giacimento e del caprock. Stoccaggio gas: attività sismologiche Le attività saranno incentrate sulla realizzazione di un tool in ambiente GIS per consentire una agevole caratterizzazione di un sito mediante: estrazione dei terremoti avvenuti attorno a un sito e con distanza selezionabile da cataloghi sismici sia storici che moderni; stima delle intensità risentite al sito; stima degli spettri di risposta del terreno mediante l utilizzo di relazioni accelerazione-distanza ipocentrale valide per il territorio italiano; considerazioni in merito alla storia sismica del sito in esame e alla sua sismotettonica. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 154 di 360

155 Risultati e grado di realizzazione del prodotto triennale Prodotto triennale Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2012 e 2013 Attività previste nel PAR 2014 Sotto-linea 6.1 Pompaggio idroelettrico Progetto e analisi economica di un impianto di generazione e pompaggio di acqua di mare. Studio di macchine idrauliche reversibili. Studio sulla sostenibilità economica d'impianti di pompaggio. È stato scelto un sito per il pompaggio marino in Sardegna, dove si è ipotizzata la costruzione di un serbatoio superiore di m 3. Si sono quindi analizzati diversi scenari d integrazione con la rete elettrica regionale, simulando in prima approssimazione lo scambio orario di energia nel Mercato del Giorno Prima (MGP) con i prezzi previsti per l anno 2020, per 130 e 170 MW di potenza, e differenti modalità di pompaggio e di turbinaggio. Il modello è stato poi integrato con quello per la valutazione dei costi di costruzione, esercizio, manutenzione e finanziamento. Modellazione dell esercizio del sistema pompaggio marino, combinato con produzione eolica. Studio della sostenibilità economico-finanziaria dell impianto di pompaggio costiero in Sardegna. In collaborazione con l Università di Padova è stato avviato lo studio delle macchine reversibili pompaturbina a velocità variabile. Aggiornamento del modello di scambio energetico dell impianto di pompaggio marino di Foxi Murdegu utilizzando nuove configurazioni di pompe-turbine di potenza ridotta. Aggiornamento del valore del Social Welfare conseguente l impianto di pompaggio di Foxi Murdegu utilizzando Remark+. Aggiornamento dello studio di fattibilità economico-finanziaria dell impianto di pompaggio. Prosecuzione dello studio delle configurazioni di pompe-turbine di potenza ridotta, con l obiettivo di incrementare il range operativo dell impianto di pompaggio, con alti valori di efficienza e flessibilità globale. Sotto-linea 6.2 Stoccaggio gas naturale e CAES Dati sui siti idonei per CAES sottomarino Individuazione del possibile sito di installazione di un sistema CAES sottomarino. Studio di fattibilità di un prototipo sperimentale semplificato di sistema CAES sottomarino. - Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 155 di 360

156 Prodotto triennale Dati siti di stoccaggio gas in Italia. GEO Web-Gis integrato con le informazioni geologiche (pozzi di erogazione, iniezione e monitoraggio) relative agli stoccaggi. Modelli 3D dei siti di stoccaggio gas. Metodologia di analisi sismica per siti di stoccaggio gas. Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2012 e 2013 Censimento siti stoccaggio esistenti e individuazione di nuove potenziali realtà aggiuntive. Inserimento nella base dati del GIS dei sistemi di stoccaggio in esercizio, dei pozzi di erogazione, iniezione e monitoraggio e di altre informazioni geologiche rilevanti. Modelli geologici 3D di serbatoi idonei allo stoccaggio del gas desunti dalla documentazione geologica pubblica afferente all esplorazione degli idrocarburi in Italia. Linee guida per l analisi sismologica applicata ai siti geologici di stoccaggio gas. Attività previste nel PAR 2014 Completamento attività e inserimento dati geologici censiti nel GIS. Realizzazione di un modello geologico 3D reale per un sito in Basilicata (ex Concessione Fiume Basento) e realizzazione di modelli geologici 3D virtuali per Test Analysis. Realizzazione di un tool per la caratterizzazione sismica di un sito in termini di sismicità storica e moderna e delle sollecitazioni. Principali collaborazioni scientifiche Università / Consulente Oggetto Eventuali note integrative sul contributo della collaborazione al raggiungimento degli obiettivi di progetto Università di Padova Turbine idrauliche reversibili Collaborazione non onerosa Durata delle attività Marzo 2014 Febbraio Linea 7 - Fonti rinnovabili: tecnologie, meteorologia e territorio Descrizione dell attività dell annualità 2014 Sotto-linea 7.1 Aspetti ambientali e meteorologia Sperimentazione metodologia per la valutazione degli impatti ambientali di scenari di sviluppo degli impianti FER a sostegno della redazione dei piani energetici regionali. Nell ambito della collaborazione con la Regione Puglia, avviata lo scorso anno per lo sviluppo di temi inerenti la pianificazione energetica regionale, si proseguirà con la messa a punto di un sistema di valutazione degli impatti ambientali dovuti alle possibili tecnologie di produzione delle FER elettriche nel territorio pugliese. In particolare si studierà l applicabilità dell approccio LCA per una valutazione Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 156 di 360

157 comparata di diverse ipotesi di mix energetico (considerando le fonti eolico, fotovoltaico, biomasse), partendo dall analisi dello stato di fatto degli impianti FER della Puglia ricostruito dall indagine del precedente anno di ricerca. Accanto alla stima delle emissioni di gas ad effetto serra, indicatore di base per il monitoraggio del conseguimento degli obiettivi europei 2020, saranno quantificate altre categorie di impatto ambientale giudicate rilevanti per il settore energetico. Nell esecuzione dello studio si farà uso dei risultati ottenuti nel precedente anno di ricerca col progetto Biomasse (LCA degli impianti a biomasse). Studio sull accettabilità sociale e sulla sostenibilità ambientale dell eolico Prosecuzione della partecipazione al gruppo di lavoro del task 28 sul monitoraggio e la misura dell accettabilità sociale dell eolico. Verrà organizzato un meeting di esperti del settore con l intento di promuovere la condivisione delle esperienze e delle competenze esistenti a livello nazionale nel campo dell accettabilità sociale degli impianti eolici e individuare gli aspetti che rappresenteranno le principali criticità nello sviluppo del settore nei prossimi anni. WebGIS "i territori dell eolico" Sarà realizzato il WebGIS I territori dell eolico, versione pubblicamente consultabile dell omonimo progetto GIS, sviluppato nello scorso anno di ricerca di sistema. Contestualmente allo sviluppo del WebGis sarà svolta attività di aggiornamento e integrazione dati. In riferimento alla integrazione dati sarà curata la raccolta e la tematizzazione di informazioni relative ai regolamenti regionali per l autorizzazione degli impianti eolici. Sviluppo delle FER nelle isole minori non interconnesse L art. 1 comma 6-octies della legge 9/2014 ha previsto che il Ministero dello Sviluppo Economico individui le disposizioni per un processo di progressiva copertura del fabbisogno delle isole minori non interconnesse attraverso energia da fonti rinnovabili, gli obiettivi temporali e le modalità di sostegno degli investimenti anche attraverso la componente tariffaria UC4. A supporto di tale processo, sarà svolto uno studio approfondito volto a definire il quadro delle effettive possibilità di sviluppo delle FER sulle isole. Unitamente alla caratterizzazione generale di tutte le isole minori non interconnesse, sarà analizzato per ciascuna di esse lo stato attuale della generazione, dei consumi e dei fabbisogni energetici, con particolare attenzione alla loro variabilità stagionale. Sulla base di tale analisi, saranno poi selezionate alcune isole rappresentative per le quali verranno studiate nel dettaglio le potenzialità di sviluppo delle fonti rinnovabili per la copertura del fabbisogno, tenendo conto sia dei vincoli tecnici caratteristici dei sistemi isolati, sia degli aspetti economici associati ai possibili scenari di sviluppo. Modelli previsionali numerici per la stima della produzione da impianti fotovoltaici e confronto con le prestazioni ottenute dai modelli precedentemente sviluppati Nel corso del 2013 è stato sviluppato il metodo per poter individuare tutti i parametri ottici associati agli aerosol atmosferici ed utilizzati dallo schema di trasferimento radiativo presente nel modello numerico di previsioni meteorologiche RAMS. Quest anno tale metodo verrà implementato nel codice sorgente di RAMS, utilizzando in tempo reale le previsioni di aerosol fornite dal ECMWF. Verrà completata la scrittura di alcune routine di RAMS utilizzate nei processi radiativi termici, al fine di migliorare la previsione della radiazione termica, da cui dipende sia la temperatura superficiale che la copertura nuvolosa nei bassi strati. Verrà concluso il confronto tra le prestazione dei modelli meteorologici RAMS e WRF. Valutazione delle tecniche di Analog Ensemble e delle componeneti principali per la previsione della producibilità solare L inserimento degli aerosol dovrebbe produrre un miglioramento nella previsione della componente diretta e soprattutto di quella diffusa. Verranno quindi utilizzati nuovi predittori per l addestramento Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 157 di 360

158 dell Analog Ensemble (AN) al fine di migliorare la previsione di potenza producibile per gli impianti della rete IesPV e anche per gli impianti PV ad inseguimento. In particolare verrà eseguito un test di sensitività della tecnica AN a differenti insiemi di predittori, al fine di definire la configurazione ottimale per impianti singoli. La tecnica AN fornisce un insieme di valori con cui è possibile definire una distribuzione di probabilità. È però necessario effettuare uno studio approfondito riguardante la modalità di definizione di questo insieme di valori, in quanto al variare del numero di elementi di tale insieme si possono avere risultati anche notevolmente diversi tra loro. Verrà anche studiato il metodo con cui scegliere quale parametro statistico (moda, media o mediana) utilizzare per ridurre l errore assoluto della previsione. Sarà eseguito uno studio basato sulla tecnica delle componenti principali (PCA) per stimare la previsione di producibilità per aree estese. La tecnica si rende necessaria per poter individuare i punti griglia del modello numerico che meglio dovrebbero descrivere le caratteristiche meteorologiche più rilevanti per la previsione di potenza per le fonti rinnovabili. Previsione per sistemi fotovoltaici a concentrazione e progetto Helios Nell ambito del progetto Helios è stato costituito un Consorzio, a cui aderiscono ENEA, ENEL, JRC, RSE, EURAC ed Università di Roma Tor Vergata, con l intento di raccogliere misure di dati meteorologici e d irradianza spettrale omogenee e con il medesimo grado di affidabilità sull intero territorio nazionale, necessarie a validare le stime modellistiche d irradianza diretta sia spettrale sia nelle bande in corrispondenza delle quali le celle multigiunzione utilizzate nei sistemi fotovoltaici a concentrazione (CPV) hanno differenti efficienze. Nel corso del precedente anno è stato riprogettato e attivato il database Helios che conserva i suddetti dati, forniti dai partner del Consorzio, nonché scritte le procedure di acquisizione e caricamento dei dati integrati. Quest anno verranno anche gestiti i dati spettrali, per cui dovranno essere scritte le corrispondenti procedure di acquisizione e caricamento dati. La previsione CPV per essere effettuata necessita di un modello di trasferimento radiativo adeguato, quale uvspec del package LibRadtran. Verranno quindi prodotte le previsioni della componente diretta nelle tre bande spettrali e confrontate con le misure acquisite dai partners coinvolti nel progetto Helios. Previsione di producibilità eolica Verrà effettuato un confronto tra le prestazione dei modelli meteorologici RAMS e WRF nella previsione di potenza di alcuni impianti pilota situati in Italia, utilizando per entrambi il medesimo driver globale e post-processing (AN). Il modello RAMS utilizza alcuni dataset che descrivono le principali caratteristiche del suolo (tipologia del suolo e della vegetazione presente, roughness). Poiché questi parametri hanno un forte impatto nella previsione del vento alle basse quote, sarà eseguita una verifica per alcune regioni in cui sono presenti impianti eolici per verificarne la correttezza. Proseguirà l analisi delle applicazioni ed il confronto tra diversi metodi probabilistici, quali AN e la quantile regression (QR), analizzando specificatamente le caratteristiche probabilistiche dei metodi esaminati, al fine di estrarre il maggior numero possibile di informazioni facilmente utilizzabili da parte dell utente finale. Nell ottica di utilizzare un sistema previsionale basato su più modelli previsionali, verrà effettuato uno studio di fattibilità dopo aver esaminato lo stato dell arte in proposito. Metodologia per la previsione della produzione di energia di impianti ad acqua fluente utilizzando le previsioni meteo. Sulla base dell esperienza di applicazione del modello dell evoluzione del manto nevoso in Valle d Aosta, verranno implementate alcune nuove funzionalità al codice di calcolo HaltFlood quali la possibilità di utilizzare dei fattori di scioglimento nivale variabili nel corso dell anno e la schematizzazione del bacino idrografico per fasce altimetriche. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 158 di 360

159 Sarà completata l analisi dei risultati ottenibili utilizzando nel modello afflussi-deflussi i dati di precipitazione e di temperatura previsti da RAMS, anziché i valori di precipitazione e temperatura osservati. Verrà svolta l analisi dei risultati non solo in termini di deflusso atteso, ma anche di produzione idroelettrica, cercando di determinare il legame istantaneo tra produzione e portata, anziché utilizzare coefficienti medi. Sotto-linea 7.2 Generazione Distribuita Prove di laboratorio innovative su moduli FV Si prevede di continuare l attività investigativa sul degrado che può verificarsi sui nuovi moduli fotovoltaici ampliando la casistica dei moduli FV esaminati e impiegando metodi di prove più avanzati. Questa attività prevede l effettuazione di prove sperimentali che saranno condotte in collaborazione con un laboratorio accreditato e un costruttore di moduli FV, nell ambito dei relativi accordi di collaborazione già sottoscritti, nonché in coordinamento con altri laboratori italiani ed europei. In particolare saranno valutati i seguenti effetti di degrado dei nuovi moduli fotovoltaici: Bave di lumaca (o Snail Tracks): sarà valutata la dipendenza del fenomeno dalla tipologia di incapsulante ed altri materiali di realizzazione di cella/modulo, tramite applicazione di procedura di prova per indurre il fenomeno in laboratorio su campioni di moduli FV con differente incapsulante; la procedura di prova sarà sviluppata a partire da quanto fatto nell ambito del PAR2013, per indurre questo fenomeno di degrado in laboratorio, su alcuni opportuni campioni di moduli; PID (Potential induced Degradation): proseguendo quanto avviato nel PAR2013, sarà ulteriormente analizzato questo fenomeno di degrado applicando in laboratorio, su alcuni opportuni campioni di moduli, una nuova metodologia di prove in coordinamento con altri laboratori e costruttori italiani ed internazionali, anche nell ambito dello sviluppo normativo del IEC TC82 e Cenelec TC82. Monitoraggio di impianti fotovoltaici di differenti tipologie installati in vari siti italiani ed impiego di nuove metodologie di analisi delle prestazioni Si prevede di proseguire il monitoraggio di impianti fotovoltaici di differenti tipologie installati in vari siti italiani al fine di valutare le prestazione energetiche nel tempo delle varie tipologie e di individuare metodi diagnostici che, analizzando i dati di funzionamento degli impianti FV consentono ai gestori di mantenere nel tempo e, se possibile, migliorare la produzione energetica di tali impianti. Il monitoraggio includerà ulteriori impianti con differenti caratteristiche, fra cui quelli con moduli a concentrazione solare (CPV), mentre le valutazione delle prestazioni energetiche saranno potenziate mediante miglioramento delle funzionalità del sistema di monitoraggio degli impianti fotovoltaici IesWebPV (http://pvmonitoring.rse-web.it). Test in campo su impianti fotovoltaici che adottano differenti tipologie di inverter Sarà effettuata l analisi del funzionamento di impianti FV che adottano differenti tipologie di inverter, confrontando, nella test facility di RSE a Milano, le prestazioni di impianti che adottano micro-inverter con quelle di analoghi impianti che usano inverter di stringa, al fine di determinare in quali casi l utilizzo di micro-inverter può risultare più vantaggioso. Materiali innovativi per applicazioni fotovoltaiche Sarà avviato lo studio di materiali innovativi per applicazioni fotovoltaiche a film sottile, con particolare attenzione all impiego degli elementi più disponibili (abbondanti a livello naturale) e quindi a minor costo. Le attività sperimentali riguarderanno film sottili e nanostrutturati basati sia su materiali semiconduttivi solforati (CZTS) con proprietà fotovoltaiche, che su film compositi di ossidi conduttivi Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 159 di 360

160 (es. AZO, ITO) e nano-fili conduttivi (Ag) per la realizzazione del contatto frontale trasparente (contatti elettrici trasparenti) sui dispositivi. Saranno condotte alcune prove di deposizione/sintesi delle due classi di materiali al fine di valutare la fattibilità dei processi realizzativi usati. Le loro proprietà elettriche, fotovoltaiche, ottiche e morfologiche verranno caratterizzate al fine di confrontarne le prestazioni con l attuale stato dell arte. Saranno inoltre realizzati alcuni dispositivi fotovoltaici prototipali a titolo dimostrativo. Sulla base dei risultati di quest attività esplorativa si valuterà l opportunità di avviare nel prossimo periodo un progetto di più ampio respiro sul tema. Ottimizzazione dei protocolli di prova utilizzati per accertare il comportamento al fuoco dei moduli FV Si prevede di completare la messa a punto dei protocolli di prova che permettano di valutare in modo adeguatamente significativo del caso reale le caratteristiche di reazione al fuoco dei moduli FV. Tali protocolli consisteranno in test che evidenzino, in particolare, il ruolo avuto dalle caratterisitiche tipiche dell installazione in esterno dei moduli FV quali: inclinazione dei moduli, degrado iniziale in alcune aree degli stessi, ventilazione, inneschi (fiamma iniziale) particolarmente aggressivi. I suddetti protocolli consisteranno in varianti degli attuali test previsti dalla normativa armonizzata a livello europeo per i prodotti da costruzione e saranno elaborati in modo tale da considerare adeguatamente anche l influenza dei fenomeni prima elencati sulla reazione al fuoco dei moduli FV. Verifica sperimentale delle prestazioni di un mini ciclo combinato EFMTG-ORC alimentato a biomassa e dei fenomeni di ossidazione/erosione Un interessante evoluzione delle microturbine a gas naturale è costituita dalle microturbine a combustione esterna (EFMTG). Si ritiene infatti che la tecnologia EFMTG si presti particolarmente come soluzione alternativa al servizio di utenze tipiche del settore residenziale e/o terziario, inoltre l integrazione con un gruppo ORC consente una maggiore flessibilità di esercizio, cioè di sopperire alle discontinuità dei carichi tipiche di questi settori. Tale configurazione, ancora in fase di sviluppo, costituisce una promettente soluzione per lo sfruttamento della biomassa di origine agro-forestale, con elevati rendimenti di conversione caratteristici delle tecnologie ORC di grande taglia (>1MW). A seguito dei promettenti risultati ottenuti nel precedente PAR, proseguirà l attività focalizzando l attenzione sull analisi di condizioni ritenute particolarmente gravose per i componenti di maggior interesse quali gli scambiatori fumi/aria. Per fare ciò verranno definiti dei transitori di carico che potranno portare le macchine ad operare in punti di lavoro con temperature ancor più elevate e il più possibile prossime alle nominali di progetto. Oggetto di analisi saranno inoltre i transitori di avviamento e la valutazione dell indisponibilità d impianto a fronte dei normali interventi di pulizia e manutenzione, rivelatisi peraltro uno tra gli aspetti decisivi in termini di performance ed affidabilità. Proseguirà inoltre l indagine sperimentale avente come oggetto la valutazione del comportamento a corrosione del materiale con cui sono attualmente costruiti gli scambiatori di calore che alimentano le turbine. Sarà inoltre analizzata la possibilità di utilizzare, per la produzione di tali scambiatori, materiali differenti rispetto a quelli ora in uso e/o materiali dotati di rivestimenti anticorrosivi. Le prove saranno condotte esponendo all agente aggressivo i campioni selezionati, realizzati con acciai alto-legati e/o leghe di nichel ed eventualmente dotati di rivestimenti anti-corrosivi, servendosi della sonda di corrosione Multi-Materiale (MM) già installata; al termine del periodo di prova i campioni saranno sottoposti ad esami microscopici e metallografici. Sviluppo di un modello matematico di uno scambiatore di calore fumi/aria Parallelamente allo svolgimento delle attività sopra citate, verrà sviluppato un modello matematico di uno scambiatore di calore fumi/aria di potenza e tipologia analoghe a quello presente in impianto. Il modello sarà in grado di fornire, oltre all efficienza di scambio termico, indicazioni riguardanti i fenomeni di sporcamento in funzione delle diverse condizioni operative imposte e dei differenti materiali costitutivi. I risultati ottenuti, confrontati con le analisi dei campioni posti sulla sonda installata, Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 160 di 360

161 potranno quindi permettere l individuazione della soluzione costruttiva degli scambiatori che rappresenti il migliore compromesso in funzione del costo di realizzazione, delle condizioni di utilizzo (e quindi dell eventuale incremento di rendimento del ciclo termico che è possibile e conveniente raggiungere) e della vita utile. Risultati e grado di realizzazione del prodotto triennale Prodotto triennale Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2012 e 2013 Attività previste nel PAR 2014 Sotto-linea 7.1 Aspetti ambientali e meteorologia Libro Il territorio, fabbrica di energia. GIS e Banca Dati: i territori dell eolico, sulle caratteristiche ambientali, socio-economiche ed energetiche dei territori che ospitano le installazioni eoliche italiane (2013). WebGIS i territori dell eolico (2014). Metodologia per l elaborazione di scenari di sviluppo sostenibile degli impianti FER a sostegno della redazione dei piani energetici regionali: applicazione alla regione Puglia. Studio sullo sviluppo delle FER nelle isole minori non interconnesse. Dati relativi all applicazione della tecnica Analog Ensemble per la previsione della produzione da impianti eolici onshore. Valutazione della metodologia di stima del potenziale energetico locale applicata al territorio di Prato. Redazione del volume Territorio, fabbrica di energia. Realizzazione della Banca dati delle aziende del settore eolico. Avvio raccolta dati sul territorio nazionale. Analisi preliminare degli effetti dello sviluppo dei parchi eolici sui flussi migratori e occupazione delle comunità locali. Completamento del progetto Gis I territori dell eolico e dell analisi delle condizioni socioeconomiche e ambientali dei territori eolici. Composizione quadro attuale delle FER in Puglia e analisi territoriale per la stima delle potenzialità di sviluppo. - Applicazione del metodo Analog Ensemble ad un caso studio eolico. Prototipo di filiera operativa per la previsione dell energia producibile da fonte eolica, usando un postprocessing basato sia su rete - Aggiornamento dati del progetto Gis I territori dell eolico e implementazione del relativo WebGis. Completamento dell analisi del potenziale di sviluppo delle FER in Puglia e applicazione dell approccio LCA per una valutazione comparata di diverse ipotesi di mix energetico. Analisi della situazione attuale di produzione, consumi e fabbisogni delle 19 isole minori non interconnesse e caratterizzazione tecnico-economica di scenari di progressiva copertura dei fabbisogni energetici mediante sviluppo di generazione FER. Confronto tra diversi metodi di post-processing, in particolare Analog Ensemble e Quantile Regression. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 161 di 360

162 Prodotto triennale Modello numerico meteorologico che considera la presenza di aerosol atmosferico, al fine di migliorare la previsione della radiazione globale, attraverso una miglior stima della componente diretta. Sistema di previsione della producibilità oraria fino a tre giorni in avanti per impianti fotovoltaici (PV) singoli, a partire dalle previsioni orarie di predittori meteorologici e da serie storiche di misure di produzione, utilizzando postprocessing statistici basati su Analog Ensemble e su rete neurale. (2014) Metodologie per la previsione della produzione di energia da impianti ad acqua fluente utilizzando previsioni meteo. Sotto-linea 7.2 Generazione Distribuita Dati del monitoraggio delle prestazioni di impianti fotovoltaici sul territorio nazionale. Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2012 e 2013 neurale che Analog Ensemble. Studio degli schemi già implementati in RAMS e WRF di copertura nuvolosa e della descrizione del contenuto di aerosol. Implementazione in RAMS dello schema climatologico del contenuto di aerosol atmosferico presente nella libreria Optical Properties of Cloud and Aerosols (OPAC, Hesse,1998). Studio del metodo per assimilare le previsioni di aerosol del ECMWF in RAMS. Studio di un post-processing basato su rete neurale per la previsione di energia producibile solare. Studio del metodo Analog Ensemble e sua applicazione alla fonte solare mediante utilizzo di diverse metriche (ad es. euclidea, Mahalanobis) e diverse variabili di input (in particolare radiazione su piano inclinato e angolo solare d incidenza). Prototipo di filiera operativa per la previsione dell energia producibile per la fonte solare, usando un postprocessing basato sia su rete neurale che Analog Ensemble. Attivazione collaborazione con CVA per fornitura dati di misura e di produzione per impianti siti in Valle d Aosta. Studio della metodologia per la previsione della produzione di energia di impianti ad acqua fluente utilizzando le previsioni meteo. Investigazione sulle prestazioni outdoor di innovative tipologie di moduli in film sottile e in silicio cristallino collocate in diverse località italiane con differenti condizioni climatiche, anche in condizioni di installazione non Attività previste nel PAR 2014 Completamento benchmark tra RAMS e WRF in modalità previsionale, sia confrontando le previsioni di variabili meteorologiche che di producibilità solare. Implementazione nella versione operativa di RAMS dello schema per assimilare le previsioni di spessore ottico (MACC/ECMWF). Analisi di casi studio di impianti della dimensione di 1-2 MWp; attivazione del sistema di previsione operativo sia per la rete IesPV che per il sistema di controllo della Test Facility di GD di RSE. Analisi di sensitività dell AN. Previsioni a brevissimo termine (1-3 ore in avanti) utilizzando informazioni remote sensing. Previsioni di potenza aggregate a livello provinciale. Sarà completata l analisi dei risultati ottenibili mediante il modello afflussi/deflussi implementato per la centrale in Valle d Aosta, utilizzando le previsioni meteorologiche e implementando la previsione sia della portata che della produzione. Ampliamento del numero di impianti monitorati (con inclusione di impianti CPV) e potenziamento delle valutazione delle prestazioni energetiche degli impianti mediante miglioramento delle funzionalità del sistema di Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 162 di 360

163 Prodotto triennale Dati sperimentali relativi ai test in campo su impianti fotovoltaici che adottano differenti tipologie inverter. Prove di laboratorio innovative per la diagnosi dei moduli fotovoltaici. Stato dell'arte relativo alle cause d incendio negli impianti fotovoltaici. Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2012 e 2013 ottimali per la resa energetica. Monitoraggio di impianti fotovoltaici (FV) di differente tecnologia sul territorio nazionale ed impiego di nuove metodologie di analisi delle prestazioni, al fine di fornire utili indicazioni per massimizzare l energia elettrica prodotta dagli impianti FV. Definizione delle prove da eseguire in esterno e approntamento dell impianto fotovoltaico di prova su cui collegare gli inverter. Prove innovative di laboratorio, mediante estensione del numero dei cicli termici previsti dalle norme CEI e 61730, su moduli FV di nuova costruzione per una diagnosi più accurata, al fine di individuare i segni di degrado non riscontrabili con l applicazione delle attuali metodologie di prova. Valutazione del degrado dei moduli mediante esecuzione di test di Elettroluminescenza, di esposizione a UV e relativi al PID o Potential Induced Degradation. Analisi preliminare dei principali casi d incendio. Approfondimenti relativi alle cause d incendio. Attività previste nel PAR 2014 monitoraggio degli impianti fotovoltaici IesWebPV. Analisi delle prestazioni di impianti che adottano microinverter e confronto con quelle di analoghi impianti che usano inverter di stringa, per determinare in quali casi l utilizzo di micro-inverter può risultare più vantaggioso. Analisi delle caratteristiche di moduli FV di nuova costruzione affetti da fenomeni di degrado quali Snail Tracks e Potential induced Degradation, ampliando il campione di moduli sin qui presi in esame e la casistica di difetti rilevati. - Dati da prove di laboratorio per la valutazione del rischio incendio negli impianti fotovoltaici. Primi test relativi ai protocolli di prova esistenti e ad alcune varianti. Protocolli di prova ottimizzati per accertare il comportamento in caso Analisi dei principali test Messa a punto di alcuni protocolli di prova, costituiti da varianti di di quelli attuali, che permettano di Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 163 di 360

164 Prodotto triennale d incendio (reazione al fuoco) dei moduli FV. Dati sulle caratterisitiche rilevanti dei moduli FV e sulla loro installazione ai fini del loro comportamento in caso d incendio. Analisi parametrica di un mini ciclo combinato innovativo basato sulla tecnologia delle microturbine a combustione esterna EFMGT+ORC. Dati di funzionamento di un impianto EFMTG + ORC in diverse condizioni di esercizio. Dati del monitoraggio dei componenti più critici di un impianto EFMTG+ORC effettuato con sonde di corrosione. Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2012 e 2013 impiegati a livello nazionale ed internazionale. Valutazione delle criticità attuali e dei possibili miglioramenti. Valutazione tecnico/economica delle potenzialità degli impianti EFMTG-ORC, in funzione della taglia d impianto, dell utenza individuata e della normativa vigente Installazione sistema acquisizione e archiviazione dati e strumentazione per misura portata aria turbina. Acquisizione dati di funzionamento dell impianto EFMTG+ORC di Zibello. Realizzazione di una sonda per il monitoraggio dei fenomeni di corrosione e/o ossidazione all interno dello scambiatore fumi/aria dell impianto EFMTG+ORC di Zibello. Attività previste nel PAR 2014 accertare, con maggiore attinenza alle reali caratteristiche costruttive ed installative dei moduli FV, il loro comportamento all incendio. Acquisizione dati in punti di lavoro con temperature il più possibile prossime alle nominali di progetto. Valutazione del comportamento a corrosione del materiale con cui sono attualmente costruiti gli scambiatori di calore che alimentano le turbine. Principali collaborazioni scientifiche Università / Consulente Oggetto Sottolinea Eventuali note integrative sul contributo della collaborazione al raggiungimento degli obiettivi di progetto Politecnico di Milano, Dipartimento di Energia Prove di laboratorio relative alla sicurezza dei moduli FV in caso d'incendio. 7.2 Durata delle attività Marzo 2014 Febbraio Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 164 di 360

165 Linea 8 - Sicurezza informatica e infrastrutture di comunicazione M2M per reti attive Descrizione dell attività dell annualità 2014 Soluzioni ICT basate su tecniche M2M per la comunicazione tra utente e gestore della rete Obiettivo dell attività, centrata sul ruolo del prosumer, è trovare delle soluzioni ICT per le garantire le comunicazioni tra i dispositivi ed un punto di concentrazione delle informazioni. Ciò comporta la creazione di un sistema di monitoraggio e telecontrollo degli Smart Meters, accessibile da tutti gli operatori di reti energetiche, al fine di consentire il processo di efficientamento energetico complessivo. Si vuole in sintesi fornire strumenti ICT per realizzare soluzioni di Demand Response. In tale ambito diventa fondamentale il tema dell interoperabilità dei dispositivi, che devono consentire di essere individuati, monitorati e controllati dai singoli operatori energetici, in modo da poter, in funzione delle proprie esigenze, accedere al surplus energetico prodotto dal prosumer e controllarne il ruolo all interno della rete elettrica. Una serie di tematiche note e in alcuni casi consolidate nel mondo ICT, vengono quindi declinate e approfondite nell ambito energia. Le componenti della catena vanno dal dispositivo, al tipo di rete TLC di trasporto, fino alle applicazioni. Possono essere individuati più scenari, dall impiego delle stesse reti elettriche come portante fisico per lo scambio di comunicazioni tra dispositivi (architettura ad albero) fino all ipotesi di una completa indipendenza della rete ICT da quella elettrica. Tutti gli scenari si basano sull ipotesi di avere a disposizione dispositivi (contatori) smart ed interoperabili, in particolare in grado di supportare: Protocolli standard di comunicazione la generazione di informazioni in un formato standard accessibile dai livelli applicazioni presenti e future (es. XML/open data) La definizione delle interfacce dei dispositivi diviene quindi un attività propedeutica alla definizione di tutti gli scenari riportati di seguito. Scenario 1- Modello di Unbundling I singoli dispositivi (smart meter) inviano informazioni relative alle proprie grandezze misurate in un punto di concentrazione presente in una cabina di trasformazione. All interno della cabina, i singoli operatori energetici accederanno alle informazioni prodotte dai dispositivi dei prosumer e potranno disporne. In questo scenario le informazioni sulla tratta contatore-cabina viaggiano su onde convogliate, nelle cabine si attestano le reti per telecomunicazioni degli operatori energetici. Le informazioni vengono raccolte e consultate in un apparato per telecomunicazioni. La maggior parte dell analisi e dello studio sarebbe finalizzato alla creazione di un middleware per le comunicazioni dispositivo centrale e inter-operatore. Punto di forza: contenimento dei costi, creazione di un middleware per le comunicazioni dispositivo centrale e inter-operatore Punto di debolezza: prestazioni limitate dovute all impiego di onde convogliate Scenario 2 Modello rete pubbliche Le informazioni dal contatore alla cabina di trasformazione (o in generale al punto di concentrazione e contatto con gli altri operatori) vengono inviate su reti pubbliche cellulari. Punto di forza: utilizzo dell infrastruttura di rete TLC di operatore mobile. Punto di debolezza: Smart meter SIM-equipped, problematiche delle embedded-sim nei cambi operatore, ecc. Scenario 3 Modello soluzione ad hoc Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 165 di 360

166 Le informazioni del contatore appartengono ad una rete ad hoc con soluzioni radio (UWB o simili). Le informazioni vengono concentrate in punti di interfaccia verso reti pubbliche che rilanciano le informazioni aggregate dei dispositivi verso il punto di concentrazione. Punto di forza: contenimento dei costi, integrazione con le reti 5G, rete distribuita che non richiede un infrastruttura in quanto i nodi della rete sono in grado di effettuare gestione e controllo in maniera autonoma Punto di debolezza: prestazioni che dipendono dalla scalabilità e connettività in quanto all aumentare dei numeri dei nodi la rete potrebbe subire un degrado delle prestazioni Per ciascuno dei tre scenari è possibile valutare delle soluzioni tecniche, valutarne debolezze e benefici e la scalabilità verso gli sviluppi futuri. L architettura prescinde dai requisiti, tuttavia impatta sulle soluzioni tecnologiche proposte. Studiare più scenari al variare delle condizioni al contorno potrebbero effettivamente offrire delle indicazioni valide per scelte strategiche nel medio e nel lungo periodo. Analisi di problematiche di cyber security per la comunicazione con nodi posti oltre il contatore Il tema in oggetto si inquadra in quello più generale della sicurezza delle Smart Grid, per il quale ENISA (European Agency for Network and Information Security), collaborando anche con ENER e CNECT, ha posto importanti indicazioni 29. Conformemente ad una di queste 30, si ritiene anche necessario considerare il contributo che alla tutela degli utenti possono fornire gli standard di certificazione della sicurezza ICT 31, alla cui definizione FUB ha contribuito e la cui applicazione in Italia vede FUB tra i principali attori, sia nel contesto classificato della sicurezza dello Stato, sia in quello non classificato (supporto tecnico all'iscti del MISE nelle attività del Ce.Va. accreditato dall'autorità Nazionale per la Sicurezza e, in ambito non classificato, nelle attività dell'organismo di Certificazione della Sicurezza Informatica OCSI). Al fine di avviare l'analisi di problematiche di cyber security per la comunicazione con nodi posti oltre il contatore, si sono individuate le seguenti attività: 1) Individuazione di un sistema di riferimento da utilizzare per l'esecuzione dell'analisi. 2) Studio dell'architettura del sistema di riferimento finalizzato all'individuazione e classificazione, dal punto di vista della criticità (considerata soprattutto dal punto di vista dell'utente), delle informazioni e dei servizi da proteggere nell'ambito delle comunicazioni con nodi posti oltre il contatore. 3) Individuazione delle minacce e delle relative modalità di attuazione, tenendo conto delle caratteristiche dell'ambiente (incluse eventuali misure di protezione già presenti) e della formulazione, allineata con gli standard internazionali 32 nel settore della certificazione di sicurezza ICT (potenziale di attacco), di ipotesi circa le risorse utilizzabili per gli attacchi e il profilo dell'attaccante. 4) Tenendo conto dei punti 2) e 3), individuazione dei dispositivi nei quali possano essere implementate misure di protezione ICT e formulazione di obiettivi di sicurezza che tali dispositivi debbano soddisfare. 5) Formulazione, sulla base anche di quanto specificato da ENISA 32, di ipotesi, politiche di sicurezza e obiettivi di sicurezza per l'ambiente, al fine di coprire la protezione non implementabile (o implementabile in modo eccessivamente oneroso) nei dispositivi di cui al punto 4). 29 Smart Grid Security - Recommendations for Europe and Member States ENISA - Deliverable [ ] 30 Smart grid security certification in Europe - Challenges and recommendations ENISA - Dicembre Evaluation criteria for IT security - ISO/IEC Appropriate security measures for smart grids - Guidelines to assess the sophistication of security measures implementation ENISA Deliverable [ ] Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 166 di 360

167 6) Selezione, tenendo anche conto di quanto specificato da ENISA 31, di requisiti funzionali di sicurezza per i dispositivi di cui al punto 4) idonei al soddisfacimento dei relativi obiettivi di sicurezza 7) Avvio dello studio delle modalità di verifica/certificazione più idonee a fornire garanzie, soprattutto all'utente, circa la sicurezza del sistema considerato. In tale ambito saranno possibili, relativamente alle attività che ENISA intende svolgere 32, il recepimento delle indicazioni che dovessero venire da tale Agenzia durante il periodo dello studio e/o, per il tramite di soggetti istituzionali italiani (ad esempio ISCTI del MISE), contributi alle predette attività. Risultati e grado di realizzazione del prodotto triennale Prodotto triennale Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2012 e 2013 Attività previste nel PAR 2014 Studio delle tecnologie di comunicazione M2M per la gestione delle risorse energetiche distribuite e delle problematiche di cyber security per la comunicazione con nodi posti oltre il contatore. - Analisi delle tecnologie di comunicazione machine to machine per la gestione delle risorse energetiche distribuite. Analisi delle problematiche di cyber security per la comunicazione con nodi posti oltre il contatore. Principali collaborazioni scientifiche Università / Consulente Oggetto Eventuali note integrative sul contributo della collaborazione al raggiungimento degli obiettivi di progetto Fondazione Ugo Bordoni Studio sulla sicurezza informatica e sulle infrastrutture di comunicazione M2M per reti attive Durata delle attività Dicembre 2014 Aprile Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 167 di 360

168 Elenco dei deliverable del progetto Le attività svolte e gli obiettivi conseguiti nel progetto al termine del PAR 2014 saranno descritti, nella forma di rapporti tecnici, nei seguenti deliverable: Numero di riferimento Titolo Linea di attività 1 - Smart Grid: supporto alle attività internazionali 1 Analisi delle iniziative sulle Smart Grid a livello internazionale Metodologia per l analisi costi benefici di progetti Smart Grid e sviluppo di un toolkit. Test and demonstration activities of smart grid technologies in China and South Korea. Test and demonstration activities of smart grid technologies in Brazil and Australia. ISGAN AMI Casebook Metering Infrastructure. Version 1.3: Spotlight on Advanced 6 ISGAN Discussion Paper Flexible power delivery systems. 7 ISGAN Case Book Spotlight on demand side management. 8 EERA D5.1: Transmission planning - State-of-the-art in: Transmission planning models and methods. Linea 2 - Sistemi di controllo di GD e reti attive, e pianificazione delle reti attive Sotto-linea 2.1 Controllo GD e reti attive Gestione ottima della rete elettrica di distribuzione: validazione in campo reale. Sistema EMS-SCADA per una microrete, sviluppo e sperimentazione nella Test Facility RSE di Generazione Distribuita. Gestione del funzionamento in isola di una porzione della Test Facility RSE di Generazione Distribuita e studio della riconnessione alla rete prevalente. Sotto-linea 2.2 Pianificazione reti attive 12 Realizzazione e applicazione di un ambiente di co-simulazione, per gli aspetti sia elettrici che di comunicazione e controllo, relativamente alle reti di distribuzione. Linea 3 - Sistemi di comunicazione per reti attive 13 Studio ed applicazione di tecnologie ICT per la realizzazione dell interoperabilità tra i sistemi componenti la smart grid. 14 Metodi di misura delle prestazioni di sistemi di comunicazione per Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 168 di 360

169 Numero di riferimento Titolo reti attive 15 La valutazione della sicurezza delle comunicazioni nelle reti attive: standard, sperimentazioni, simulazioni. Linea 4 - Integrazione della GD nelle reti di distribuzione: inverter, protezioni e automazione Sotto-linea 4.1 Dispositivi e protezioni per reti attive in c.a Sotto-linea 4.2 Reti attive in c.c Dispositivo per le reti di bassa tensione, con finalità di miglioramento della Power Quality: verifica delle prestazioni delle strategie di controllo mediante simulatore Real Time per lo sviluppo prototipale. Stima della sostenibilità economica di micro-reti in isola con generazione distribuita interfacciata con elettronica di potenza. Sviluppo degli algoritmi di un sistema fotovoltaico batteria: sperimentazione dei servizi ancillari per la rete. Reti di distribuzione attive magliate: caratterizzazione di un sistema di coordinamento di selettività logica delle protezioni, basato sulla comunicazione. Verifica dell interoperabilità tra le protezioni. Reti di distribuzione in corrente alternata magliate mediante collegamenti in CC: gestione delle contro-alimentazioni a seguito di guasti nella rete in alternata. Sperimentazione dei criteri di protezione per una rete in corrente continua. Linea 5 - Sperimentazione sulla Test Facility di Generazione Distribuita in BT 22 Sperimentazione di funzioni di Energy management e di controllo della risorse distribuite della Test Facility RSE di Generazione Distribuita. 23 Sviluppo e sperimentazione dello stimatore dello stato per microreti. Linea 6 - Sistemi di accumulo di energia di grande taglia Sotto-linea 6.1 Pompaggio idroelettrico 24 Impianto di pompaggio marino: iniziative per la fattibilità e l integrazione ottimale in rete. Sotto-linea 6.2 Stoccaggio gas naturale e CAES 25 Studi sugli stoccaggi gas e simulazione numerica del processo industriale di stoccaggio in giacimento. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 169 di 360

170 Numero di riferimento Titolo Linea 7 - Fonti rinnovabili: tecnologie, meteorologia e territorio Sotto-linea 7.1 Aspetti ambientali e meteorologia Studio a supporto della pianificazione energetica della Puglia: sviluppo dell eolico e del fotovoltaico e valutazione degli impatti mediante applicazione della Life Cycle Analysis. Evoluzione del comparto eolico nel territorio italiano: criticità e prospettive di intervento. Sviluppo delle Fonti Energetiche Rinnovabili nelle isole minori non interconnesse. Modelli previsionali numerici per la stima della produzione da impianti solari ed eolici. 30 Previsioni di potenza producibile per impianti ad acqua fluente. Sotto-linea 7.2 Generazione distribuita Analisi qualitativa del funzionamento di componenti fotovoltaici innovativi e di differenti tipologie di impianti installati in vari siti italiani. Il rischio incendio dei moduli fotovoltaici negli edifici Protocolli di prova relativi alla sicurezza in caso d incendio. Mini ciclo combinato EFMTG + ORC: performance, problematiche di scambio termico e analisi dei fenomeni di corrosione/ossidazione. Linea 8 - Sicurezza informatica e infrastrutture di comunicazione M2M per reti attive 34 Stato dell Arte soluzioni tecnologiche M2M per Smart Grid 35 Individuazione ed Analisi di scenari di architetture di sistemi di comunicazione per Reti Elettriche Attive 36 Comunicazioni con nodi oltre il contatore: definizione dei requisiti per la protezione di dati e servizi e dei requisiti funzionali di sicurezza ICT 37 Approccio alla verifica del livello di sicurezza nelle comunicazioni con nodi oltre il contatore. 38 Rapporto di Sintesi delle attività. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 170 di 360

171 Comunicazione e diffusione dei risultati Al fine di dare ampia diffusione ai risultati dell attività di Ricerca di Sistema ottenuti da RSE nell ambito del piano annuale di realizzazione 2014, oltre alla diffusione dei rapporti di ricerca realizzata attraverso il sito aziendale, dal quale saranno resi scaricabili i deliverable, sono previste e programmate numerose altre iniziative di disseminazione. Si perseguiranno attività di diffusione derivanti dalla pubblicazione di articoli su riviste del settore elettrico ed energetico, di monografie su temi di particolare interesse e dalla presentazione di contributi a congressi e convegni, sia in ambito nazionale che internazionale. Particolare attenzione verrà anche rivolta alla diffusione dei risultati nell ambito di iniziative di comunicazione (tipicamente convegni e workshop) organizzate da associazioni di categoria e/o professionali, con particolare riguardo all ANIE (Federazione Nazionale Imprese Elettrotecniche ed Elettroniche), all AEIT (Federazione Italiana di Elettrotecnica, Elettronica, Automazione, Informatica e Telecomunicazioni) e all ATI (Associazione Termotecnica Italiana). In ambito AEIT, RSE ha la direzione della rivista AEIT L Energia Elettrica, al cui comitato di redazione partecipano rappresentanti di tutti i maggiori operatori del settore elettrico nazionale, oltre che dell Autorità per l Energia Elettrica, il Gas e il Sistema Idrico. Saranno organizzate visite guidate alla Test Facility di Generazione Distribuita, che, come per il passato, vedranno il coinvolgimento di studenti universitari e delle scuole superiori, nonché rappresentanti di associazioni di operatori e di consumatori. Tramite la partecipazione alle attività del gruppo Corrente proseguiranno gli incontri con i diversi attori del sistema elettrico (società elettriche, fornitori di tecnologie, utilizzatori finali, ecc.), anche al fine di fornire informazioni utili e quindi avvicinare le imprese italiane ai finanziamenti disponibili tramite la partecipazione a progetti europei. Un ulteriore via di diffusione dei risultati sarà rappresentata dalle riunioni con distributori, industrie di sistemi di telecomunicazione e produttori di tecnologie di generazione distribuita. Sono ad esempio in corso collaborazioni con ACEA e con ENEL Distribuzione (progetto EU GRID4EU) che prevedono la sperimentazione del controllore VoCANT in una rete MT reale, con A2A Reti Elettriche S.p.A. sui temi dei dispositivi BT per il miglioramento della PQ e del coordinamento delle protezioni con selettività logica, nel quale verranno presentati e analizzati i risultati relativi alle attività di simulazione per la verifica e valutazione dell implementazione della proposta di coordinamento delle protezioni in un ambito di distribuzione in media tensione cittadina. Con Vodafone e A2A è in corso una collaborazione per la valutazione in area milanese di un di uno strumento di previsione di carico basata sui dati delle reti di telefonia mobile (progetto SmartC2Net). Altre occasioni di collaborazione sono rappresentate sia dalle attività sperimentali relative alle tecnologie di comunicazione per l automazione della Distribuzione affrontati congiuntamente con A2A Reti Elettriche, sia dalla definizione dei requisiti delle reti di comunicazione necessari all implementazione della Smart Grid che è stata realizzata in collaborazione con Telecom Italia. Inoltre, è in corso l integrazione della Test Facility di GD con l impianto pilota di rete attiva in MT di A2A (Smart Grids Lambrate). Per quanto riguarda l ambito relativo al coinvolgimento dei clienti attivi nella gestione del sistema elettrico, è in corso una collaborazione con l associazione per supportare la definizione del modello dati di riferimento in tale contesto. Per quanto riguarda la cyber security è in corso una collaborazione con ENEL-ICT relativa all applicazione della metodologia SGIS ai casi d uso e allo sviluppo dello standard IEC 62351, mentre con Vodafone è in corso una collaborazione per il testing della tecnologia LTE. Ulteriori collaborazioni per interscambio di informazioni scientifiche sono in corso con operatori di componenti per impianti fotovoltaici, quali Brandoni Solare nell ambito di prove sperimentali su moduli con particolari caratteristiche costruttive e con ABB-Power One per la caratterizzazione di nuove tipologie di inverter, nonchè con il Laboratorio Albarubens per le prove avanzate sui moduli fotovoltaici in grado di evidenziare segni di degrado non determinabili con le attuali norme internazionali. Nei confronti dei produttori di tecnologia di GD si prevede di mettere a disposizione i risultati delle prove di componenti nella Test Facility di GD o in impianti pilota. Inoltre, i progetti europei correlati consentiranno sia Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 171 di 360

172 di dare un ampia diffusione a livello internazionale dei risultati conseguiti, sia di raccogliere nei documenti tecnici di progetto utili informazioni e risultati, così da favorirne la diffusione in campo nazionale. In particolare tale diffusione avverrà nel Joint Programme Smart Grid di EERA, che coinvolge oltre 21 partecipanti in rappresentanza d importanti organizzazioni di ricerca europee, nel progetto GRID+ che è un azione coordinata a supporto dell Iniziativa europea sulle reti EEGI, nel progetto SoES avviato a settembre 2012, nel progetto SmartC2Net avviato a dicembre 2012, nel progetto GRID4EU, basato su grandi progetti dimostratori, uno dei quali in Italia, coordinato da ENEL Distribuzione, nell iniziativa internazionale CEM ISGAN, anche tramite la costituzione di un iniziativa nazionale mirror di quella internazionale (chiamata ISGIS - Italian Smart Grid Industry System), che costituirà un tavolo italiano partecipato dai principali attori della supply chain italiana delle Smart Grid. Sul tema dell accettabilità sociale dell eolico si prevede la partecipazione di RSE come rappresentante dell Italia nei lavori della seconda fase dell'iea Wind Task 28 Social Acceptance of Wind Energy Projects che si protrarrà sino al Sempre sul tema dell accettabilità sociale degli impianti ad energia rinnovabile RSE parteciperà al Joint Programme EERA Economic, Environmental and Social Impacts of Energy Policies and Technologies. Le attività di meteorologia applicata alle fonti rinnovabili saranno presentate e discusse in ambito internazionale durante le varie fasi dell azione COST ES1002, dal quale usciranno documenti scientifici di ampia diffusione a livello europeo, nonché nel Task Forecasting of total consumption and generation del Joint Programme Smart Grid di EERA. La diffusione seguirà anche il canale del Supporto a Comitati di Normativa, ad esempio le attività inerenti alla connessione delle utenze in BT saranno condotte in coordinamento e a supporto dei lavori svolti nel Comitato Tecnico CT 313 del CEI Reti Intelligenti (Smart Grid) e CT 316 Regole di connessione alle reti elettriche di distribuzione Alta, Media e Bassa Tensione. I risultati sui temi relativi agli scambi informativi e alle caratteristiche delle Smart Grid troveranno naturalmente una loro cassa di risonanza nel Comitato Tecnico 57, di cui RSE ha la segreteria, e in IEC TC57 Power systems management and associated information exchange (WG13, WG15 e WG17). Inoltre, proseguirà la partecipazione al WG5 Methodology and Tools del TC 8 Systems aspects for electrical energy supply di IEC e l attività di supporto allo sviluppo della normativa relativa agli impianti fotovoltaici, sia per i componenti dell impianto fotovoltaico sia per il loro interfacciamento alla rete di distribuzione, nei seguenti comitati: IEC TC82 (Photovoltaic Systems); CENELEC TC82 (Photovoltaic Systems) di cui RSE ne gestisce la segreteria tecnica per conto del CEI; CEI CT 82 (Sistemi fotovoltaici); di cui RSE gestisce la segreteria tecnica per conto del CEI. Sempre in ambito CENELEC, si segnala la partecipazione allo Smart Grid Coordination Group costituito da CEN/CENELEC/ETSI in risposta al mandato M/490 della Commissione Europea con partecipazioni ai quattro gruppi di lavoro: Methodology, Interoperability, Smart Grid, Set of Standards e Information Security. Significative saranno le partecipazioni a gruppi di lavoro e comitati CIGRE: RSE ricopre il ruolo di Expert nell ambito del Comitato di Studio SC 06 Distribution Systems and Dispersed Generation. Sempre in ambito CIGRE, si segnala la partecipazione al gruppo di lavoro D2.31 sull Information Security nel Comitato di Studio D2 Information Systems and Telecomunications, con il ruolo di leader del Working Stream 2 Characterization, categorization and modelling of threats. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 172 di 360

173 Preventivi economici PROGETTO Ore personale dipendente Costi personale dipendente (A.1) Costi personale non dipendente (A.2) Costi di personale (A1+A.2) Costi per strumenti, attrezzature, software specifico Costi di esercizio ) Costi per servizi di consulenza, acquisizione di competenze tecniche, brevetti Viaggi e missioni Spese generali supplementari (costi indiretti) Totale costi Totali finanziamenti UE RdS A.3 1 UE Generazione distribuita e reti attive Smart Grid: supporto alle attività internazionali (Ore) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) GRIDplus ELECTRA Subtotale linea Sistemi di controllo di GD e reti attive, e pianificazione delle reti attive Controllo GD e reti attive Pianificazione reti attive GRID4EU INGRID UE igreengrid STARGRID EVOLVDSO Subtotale linea Sistemi di comunicazione per reti attive UE SOES SMARTC2NET Subtotale linea Integrazione della GD nelle reti di distribuzione: inverter, protezioni e automazione Dispositivi e protezioni per reti attive in c.a Reti attive in c.c Sperimentazione sullatest Facility di Generazione Distribuita in BT Sistemi di accumulo di energia di grande taglia Subtotale linea Subtotale linea Pompaggio idroelettrico Stoccaggio gas naturale e CAES Fonti rinnovabili: tecnologie, meteorologia e territorio Subtotale linea Aspetti ambientali e meteorologia Generazione distribuita UE ASP-AIM METROSION Subtotale linea Sicurezza informatica e infrastrutture di comunicazione M2M per reti attive Subtotale linea Totale Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 173 di 360

174 Le principali prestazioni esterne previste nello svolgimento delle attività sono descritte nella tabella seguente: Principali fornitori esterni Linea di attività 1 - Smart Grid: supporto alle attività internazionali Descrizione Politecnico di Milano, Dipartimento di Energia International Energy Agency (IEA) Linea di attività 2- Sistemi di controllo per reti attive Sotto-linea 2.1 Controllo GD e reti attive Università di Bergamo IBM Mathworks Sotto-linea 2.2 Pianificazione reti attive Università di Cagliari Linea 3 - Sistemi di comunicazione per reti attive Contratto a progetto Contratto a progetto Open Grid System Mathworks National Instruments WITIKEE Srl Consulente Metodologia per l analisi costi benefici di progetti Smart Grid e sviluppo di un toolkit Quota Implementing Agreement IEA ISGAN (International Smart Grid Action Network) Contributo alla realizzazione di VoCANT v.2.0 e VoCANT+ per le parti relative all ottimizzazione Rinnovo SW ottimizzatore Cplex Rinnovo di licenze software MATLAB Contributo alla realizzazione di una piattaforma software per la cosimulazione ed effettuazione di prove significative basate sui dati di reti reali Sviluppo di applicativi software per la trasformazione di modelli di rete elettrica e realizzazione di sistemi middleware basati su modelli informativi standard IEC Studio, simulazione e sperimentazione di sistemi di comunicazione per applicazioni Smart Grid Rinnovo licenza Cimphony Rinnovo di licenze software MATLAB Rinnovo licenza Labview Esame e configurazione di procedure di misura delle prestazioni di reti Ethernet/IP per canali di comunicazione power line. Supporto sviluppo applicazioni SW Testbed Reti Attive Linea 4 - Integrazione della GD nelle reti di distribuzione: inverter, protezioni e automazione Sotto-linea 4.1 Dispositivi e protezioni per reti attive in c.a. AMA SYSTEMS Gmbh Contratto di manutenzione SW Libreria SISCO IEC Tonna Mander Open sistemi srl Siemens spa Fornitore SW Piattaforma hardware per il controllo del compensatore universale Sistema di programmazione embedded per interfaccia con Simulatore Real Time Protezioni multifunzione con gestione segnali di comunicazione (IEC61850) e Pacchetto Sotware DIGSI 1 Professional Rinnovo licenza simulatore OPAL RT Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 174 di 360

175 Università di Trieste Sotto-linea 4.2 Reti attive in c.c. Politecnico di Milano, DEIB Fornitore industriale Fornitore industriale Contratto di ricerca finalizzato alla stima della sostenibilità economica di micro-reti in isola con generazione distribuita interfacciata con elettronica di potenza Contratto di Ricerca finalizzato alla verifica sperimentale della microrete in corrente continua non isolata da terra Realizzazione nuova linea in corrente continua e nuovo quadro di distribuzione in c.c Modifiche al quadro convertitore d interfaccia rete in corrente continua e rete in c.a. Linea 5 - Sperimentazione sulla Test Facility di Generazione Distribuita in BT Università di Genova National Instruments Fornitore industriale Digitron Italia srl Sviluppo del SW di stima dello stato di una rete attiva in bassa tensione squilibrata. Supporto alla sperimentazione nella test facility RSE. Rinnovo licenza Labview Linea 6 - Sistemi di accumulo di energia di grande taglia Sotto-linea 6.2 Stoccaggio gas naturale e CAES SCHLUMBERGER ITALIANA Spa Realizzazione ed installazione del nuovo quadro di distribuzione in corrente continua integrato nella test facility in c.a. Analizzatore grafico della qualità dell'energia Janitza modello UMG511 Licenza annuale codice PETREL. Linea 7 - Fonti rinnovabili: tecnologie, meteorologia e territorio Sotto-linea 7.1 Aspetti ambientali e meteorologia Globo S.r.l. Contratto a progetto Contratto a progetto Sotto-linea 7.2 Generazione distribuita Contratto a progetto Contratto a progetto Teamware srl Net LTD Laboratorio accreditato Albarubens srl Politecnico di Milano, Dipartimento di Energia Manutenzione software ESRI per GIS. Supporto alla realizzazione del webgis i territori dell eolico Implementazione in RAMS di una parametrizzazione del contenuto aerosolico atmosferico.modellazione della producibilità solare mediante uso di rete neurale e mediante metodo di Analog Ensemble Caratterizzazione energetica di moduli fotovoltaici e impianti collegati alla rete elettrica Studi su formulazioni alternative per celle fotovoltaiche a film sottili Aggiornamento sito web IeswebPV Quota IEA PVPS Prove innovative per diagnosi moduli fotovoltaici Prove di laboratorio relative alla sicurezza dei moduli FV in caso d'incendio Linea 8 - Sicurezza informatica e infrastrutture di comunicazione M2M per reti attive Fondazione Ugo Bordoni Studio sulla sicurezza informatica e sulle infrastrutture di comunicazione M2M per reti attive Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 175 di 360

176 DIAGRAMMA TEMPORALE DELLE ATTIVITÀ (GANTT) Linea 1 Smart Grid: supporto alle attività internazionali Attività Coordinamento e contributo alle attività del Joint Program EERA Smart Grids Coordinamento e contributo attività dell Implementing Agreement IEA ISGAN 1. Smart Grids: supporto alle attività internazionali Lancio e coordinamento dell'iniziativa ISGIS Partecipazione all'iniziativa EEGI mediante coordinamento del progetto Grid+ Analisi iniziative internazionali sulle smart grid Analisi costi benefici delle smart grid Metodologia per analisi costi e benefici Smart Grid Linea 2 Sistemi di controllo di GD e reti attive, e pianificazione delle reti attive Attività SW di gestione e controllo (VoCANT 2.0) per reti di distribuzione attive in media tensione 2 -Gestione ottima e pianificazione per reti attive SW di gestione e controllo (VoCANT+) per reti di distribuzione attive MT e BT Validazione in campo del SW (VoCANT 2.0): impianti pilota in MT Sperimentazione stimatore dello stato di reti MT Co-simulazione: simulazione congiunta degli aspetti elettrici e di comunicazione nelle reti attive Piattaforma SW per la Co-simulazione Studio della localizzazione ottimale di sistemi di accumulo in reti attive Controllo di reti attive Algoritmo di Energy Management System per microgrid in BT Algoritmo di controllo predittivo MPC di tensione per reti di distribuzione Dati della sperimentazione dell'ems nella test facility di GD Sistemi di controllo per funzionamento in isola Sviluppo di algoritmi di controllo per funzionamento in isola e simulazioni Dimostrazione di funzionamento in isola intenzionale di una parte della Test Faciltity di GD Modello dinamico di un impianto di generazione solare a concentrazione ibrido con turbogas e caldaia a recupero 5 -Controllo di un sistema solare termodinamico Strategia di controllo e procedure di esercizio Prove in simulato di transitori di normale esercizio e di emergenza Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 176 di 360

177 Linea 3 Sistemi di comunicazione per reti attive Attività Rappresentazione di modelli di rete elettrica di distribuzione espressi secondo lo standard CIM Metodologia per la definizione dei requisiti dei sistemi di telecomunicazione per applicazioni smart grid 6 -Sistemi di comunicazione - ICT Partecipazione alla definizione dell Allegato T della norma CEI 0-16 Realizzazione prototipale di Customer Energy Manager, mediante l applicazione di tecnologie di svliluppo SW Model-Driven Caratterizzazione di canali power line su reti MT Caratterizzazione statistica PLC su reti MT in esercizio e correlazione con le prestazioni di apparati di comunicazione a larga banda Metodi di verifica delle prestazioni di reti Ethernet/IP per canali di comunicazione tempo varianti, quali power line e wireless Sicurezza ICT Test bed per la sperimentazione di protocolli e funzioni per la gestione di reti attive in condizioni di cyber security. Strumenti per la valutazione del rischio cyber negli scenari di controllo delle smart grid Descrizione di casi d uso per le smart grid e identificazione di security level secondo la metodologia SGIS Linea 4 Integrazione della GD nelle reti di distribuzione: inverter, protezioni e automazione Attività Valutazione impatto sulla tensione in rete di una generazione, come quella eolica, caratterizzata da fluttuazioni della potenza Prototipo di laboratorio di dispositivo per reti BT per il miglioramento della PQ e per la gestione di accumuli associati a GD Studio e simulazione dell applicazione di sistemi di protezione per reti attive (radiali, magliate e petalo) 8 -Inverter, protezioni e automazione nelle reti attive Caratterizzazione di una implementazione di laboratorio del sistema di protezione per reti attive Analisi economica di reti con forte penetrazione di inverter atti al miglioramento della PQ Progettazione di massima del laboratorio di prova inverter Realizzazione laboratorio di prova per convertitori elettronici impiegabili nelle Smart Grid Sperimentazione in laboratorio di inverter per il collegamento in rete di GD Studio e analisi di reti attive MT in c.a. magliate e con collegamenti in c.c. 9 -GD in reti in corrente continua MT e BT Sperimentazione funzioni di controllo centralizzato della test facility in c.c. Definizione di architetture di rete in c.c., studio della gestione del neutro, delle problematiche di guasto e dei criteri di protezione Verifica sperimentale degli algoritmi sviluppati per la gestione della test facility in c.c. e per la verifica dei criteri di protezione adottati Sviluppo della test facitlity di GD in c.c Sistema fotovoltaicoaccumulo Sistema FV-accumulo sviluppo algoritmi di controllo per applicazioni domestiche e di supporto alla rete Sistema FV-accumulo sperimentazione controllo nella test facility in c.c. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 177 di 360

178 Linea 5 Sperimentazione sulla Test Facility di Generazione Distribuita in BT Attività Sviluppo sistema SCADA della test facility di GD SW per il controllo, fino a tre giorni, dei profili di immissione in rete della produzione fotovoltaica mediante l utilizzo di sistemi di accumulo Validazione SW per il controllo dei profili di immissione in rete della produzione fotovoltaica mediante l utilizzo di sistemi di accumulo 11 -Sperimentazione di controlli su rete BT (Test Facility) Sviluppo stimatore dello stato di una rete attiva di bassa tensione e integrazione nel controllore della TF Sperimentazione stimatore dello stato nella TF Validazione nella TF della funzione di EMS Sperimentazione nella test facility di una versione preliminare di VoCANT+. Integrazione TF con impianto pilota rete MT attiva Lambrate di A2A Studio tenute innovative per motori Stirling 12 -Integrazione Solar Dish, minieolico, FV innovativo nella test facility Realizzazione banco prova tenute Stirling Sperimentazione a banco tenute Stirling Ripristino motore e sistema Dish Stirling Installazione strumenti per la caratterizzazione del miniaerogeneratore della TF Integrazione miniaerogeneratore nello SCADA della TF e sperimentazione Integrazione sistemi di accumulo Pb e Litio nella TF e sperimentazione Integrazione FV innovativo nella TF e sperimentazione Linea 6 Sistemi di accumulo di energia di grande taglia Attività Pompaggio idroelettrico Progetto di massima e analisi economica di un impianto di generazione e pompaggio di acqua di mare Studio sulla sostenibilità economica d'impianti di pompaggio Studio di macchine idrauliche reversibili CAES Studio di sistemi CAES sottomarini e individuazione siti idonei Progetto descrittivo di un prototipo dimostrativo di impianto CAES sottomarino Studi per identificazione di serbatoi di stoccaggio gas in Italia e realizzazione modelli geologici 3D 15 -Stoccaggio gas GEO Web-Gis con dati geologici (e.g. pozzi e giacimenti idrocarburi depleti e operativi) relativi agli stoccaggi Definizione metodologia analisi sismica per siti di stoccaggio e esempi applicativi SIAM-Sistema Integrato di Analisi Modellistica adattato per studi relativi allo stoccaggio gas e applicazione a case test Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 178 di 360

179 Linea 7 Fonti rinnovabili: tecnologie, meteorologia e territorio Attività Valutazione della metodologia di stima del potenziale energetico locale applicata al territorio di Prato. Libro il territorio fabbrica di energia. 16 -Sviluppo sostenibile degli impianti FER GIS e Banca dati: i territori dell eolico WebGIS "i territori dell eolico" Studio sull'accettabilità sociale e sulla sostenibilità ambientale dell'eolico Metodologia per l elaborazione di scenari di sviluppo sostenibile degli impianti FER a sostegno della redazione dei piani energetici regionali Studio sullo sviluppo delle FER nelle isole minori non interconnesse Modelli previsionali numerici e neurali per la stima della produzione da impianti fotovoltaici 17-Meteorologia per le FRNP Valutazione della tecnica Analog Ensemble per la previsione della produzione da impianti eolici onshore Metodologia per la previsione della produzione di energia di impianti ad acqua fluente utilizzando le previsioni meteo Incendio moduli fotovoltaici Progetto C1 Stato dell'arte relativo alle cause d incendio negli impianti fotovoltaici Prove di laboratorio per la valutazione del rischio incendio negli impianti fotovoltaici Ottimizzazione dei protocolli di prova utilizzati per accertare il comportamento al fuoco dei moduli FV Monitoraggio Fotovoltaico Monitoraggio delle prestazioni di impianti fotovoltaici sul territorio nazionale Progetto C1 Sperimentazione in campo di impianti fotovoltaici con differenti tipologie d'inverter Progetto C1 Prove di laboratorio innovative per la diagnosi dei moduli fotovoltaici Analisi di un mini ciclo combinato basato sulla tecnologia delle microturbine a combustione esterna EFMGT+ORC 20 -Mini cicli combinati alimentati a biomassa Verifica sperimentale delle prestazioni di un mini ciclo combinato EFMTG-ORC alimentato a biomassa Valutazione dei fenomeni di ossidazione/erosione di un impianto EFMTG Impianti di generazione da moto ondoso Studio prototipo per la generazione da moto ondoso Progetto B.1.2 / B.1.5 Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 179 di 360

180 Linea 8 Sicurezza informatica e infrastrutture di comunicazione M2M per reti attive Attività Sicurezza informatica e infrastrutture di comunicazione M2M per reti attive Analisi delle problematiche di cyber security per la comunicazione con nodi posti oltre il contatore Analisi delle tecnologie di comunicazione machine to machine per la gestione delle risorse energetiche distribuite Nota 1: Ottenimento prodotti finali / emblematici aventi caratteristiche tangibili (prototipo, impianto, installazione sperimentale, ecc.) Ottenimento prodotti intermedi aventi caratteristiche tangibili (prototipo, impianto, installazione sperimentale, ecc.) Ottenimento prodotti finali / emblematici aventi caratteristiche intangibili (studi, simulazioni, risultati sperimentali, ecc) Ottenimento prodotti intermedi aventi caratteristiche intangibili (studi, simulazioni, risultati sperimentali, ecc) Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 180 di 360

181 Progetto A.4: Accumulo di energia elettrica IL QUADRO DI RIFERIMENTO Descrizione del prodotto dell attività L evoluzione attualmente in atto nelle reti di distribuzione in MT e in BT, soprattutto per l esigenza di sfruttare a livello locale le fonti rinnovabili e in generale la generazione distribuita, sta gradatamente trasformando tali reti da passive ad attive. Questo comporta una vera e propria rivoluzione nelle modalità di progettazione e gestione delle reti elettriche di distribuzione, che implica la necessità di introdurre elevati livelli di automazione anche nelle reti di distribuzione e di renderle, come si dice oggi intelligenti. In questo nuovo contesto i dispositivi di accumulo trovano sempre maggiori oppurtunità d impiego in termini di gestione e controllo delle reti attive, di qualità dell energia elettrica, di utilizzo delle fonti rinnovabili e in generale di fornitura di servizi ancillari di rete. I sistemi di accumulo di energia elettrica possono essere impiegati per molteplici servizi, alcuni dei quali richiedono prestazioni in potenza, quindi sistemi in grado di scambiare elevate potenze per tempi brevi (da frazioni di secondo a qualche decina di secondi), mentre altri richiedono prestazioni in energia, quindi sistemi in grado di scambiare costantemente potenza con autonomia di alcune ore. Spesso, in molti servizi, che siano di energia o di potenza, i sistemi di accumulo devono inoltre essere in grado di portarsi al valore corretto di potenza di carica/scarica, o di commutare tra le fasi di carica e quelle di scarica, in tempi molto rapidi. Le diverse applicazioni dei sistemi di accumulo, in funzione delle richieste di energia, di potenza e dei tempi di risposta possono essere suddivise in tre classi principali: a) Time shift; b) Bilanciamento della potenza; c) Servizi ancillari di rete. Agli indiscutibili vantaggi derivabili dalla loro applicazione sotto il profilo tecnico, si contrappongono i costi spesso non trascurabili, che nella maggioranza dei casi portano a prevedere lunghi tempi di ritorno dell investimento. E quindi sempre più necessario uno sviluppo tecnologico che consenta una riduzione dei costi, un incremento della durata di vita e l utilizzo di materiali economicamente e ambientalmente sostenibili. In quest ottica, il progetto affronterà lo sviluppo di una configurazione planare di batteria sodio beta, al fine di ottenere batterie caratterizzate non solo da elevate densità di energia (tipiche di questa tipologia di accumulo) ma anche da densità di potenza migliorate, ampliandone così il campo di applicazione con conseguente riduzione dei costi. Si effettueranno test di caratterizzazione di laboratorio di diverse tipologie di batterie commerciali, con profili di utilizzo tipici di time shift, power quality, integrazione rinnovabili non programmabili. Si elaboreranno procedure di gestione delle batterie e di valutazione del loro invecchiamento. Saranno anche sviluppati modelli di invecchiamento finalizzati alla realizzazione di un sistema di diagnostica per batterie. Infine, si valuteranno sperimentalmente i benefici ottenibili dall utilizzo di supercondensatori accoppiati ad un sistema di accumulo elettrochimico. In generale, il presente progetto, nella sua articolazione triennale , intende svolgere attività di sviluppo tecnologico e sperimentali atte a migliorare le prestazioni degli accumulatori di energia elettrica, perseguendo contemporaneamente obiettivi di economicità, sicurezza e sostenibilità ambientale. Situazione industriale del prodotto dell attività Il progetto può beneficiare dei risultati conseguiti in progetti di ricerca, sullo stesso tema, svolti nel Piano Annuale di Realizzazione 2012, 2013 e nei precedenti Accordi di Programma Triennali. Di seguito si delineano quindi alcuni risultati raggiunti nelle precedenti attività di ricerca, sui quali si basano le proposte di sviluppo riportate nel presente Piano Annuale di Realizzazione. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 181 di 360

182 L attività riguardante le batterie litio-ioni si è concentrata sulla caratterizzazione in temperatura per verificare, attraverso opportuni cicli di prova, la variazione delle loro prestazioni all interno di un opportuno intervallo di lavoro. E stata definita e verificata una procedura di prova per la caratterizzazione elettrica di batterie sodio/cloruro di nichel. La procedura approntata prevede sia delle prove di caratterizzazione di base, sia una prova specialistica per verificare il comportamento della batteria in un applicazione di tipo Time Shift. È stato sviluppato e parametrizzato un modello elettrico di una cella litio-ioni, ed è stato avviato il progetto di uno stimatore dello stato di carica (SOC) e dello stato di salute (SOH) della cella. È stata realizzata una postazione di prova dedicata alla diagnostica e ai test di invecchiamento di celle litio-ioni ed è stata messa a punto una procedura di prova finalizzata alla realizzazione del modello di invecchiamento. Sono state realizzate schede elettroniche che implementano dei convertitori c.c/c.c. bidirezionali per accoppiare due sistemi di accumulo: batteria-supercondensatori, dove i supercondensatori forniscono i picchi di potenza richiesti dalla rete in modo da ridurre le variazioni di potenza fornite dalla batteria, che potrebbe non essere in grado di sostenere, e prolungarne la vita operativa. E stata sviluppata l interfaccia utente per il controllo centralizzato del sistema ibrido batterie-supercondensatori ed è stato inoltre realizzato il circuito necessario per l esecuzione delle prove di vita. Inoltre, è stata definita la procedura di prova per la verifica dell invecchiamento del sistema ibrido e la comparazione con un sistema di accumulo realizzato con sole batterie. Per effettuare le prove è stata quindi allestita una postazione, costituita da un carico elettronico bidirezionale e multicanale, un sistema di acquisizione, un PC di gestione dell intero sistema e da protezioni che intervengono per sovra-tensione, sotto-tensione e sovra-temperatura delle celle litio-ioni. Sono state quindi avviate le prove, che proseguiranno nel PAR 2014, per confrontare le prestazioni, dopo un adeguato numero di cicli di invecchiamento, di un sistema costituito da una sola batteria e di un sistema batteria-supercondensatori, ciascuno dei quali è connesso mediante un proprio convertitore c.c/c.c a un bus comune in continua. E in corso lo studio, iniziato nel precedente AdP, di nuove configurazioni planari di celle per batterie sodiocloruro di nichel, con lo scopo di ottenere batterie caratterizzate non solo da elevate densità di energia, ma anche da densità di potenza incrementata. La geometria di cella planare consentirebbe anche di ottimizzare la geometria degli stack e la distribuzione termica al loro interno. Sono stati studiati alcuni aspetti critici emersi dalle prove precedenti, relativi alla stabilità al sodio liquido della guarnizione tra il disco di β allumina e il corpo cella, ed è stato definito e realizzato un nuovo disegno di cella per minimizzare le resistenze. Il disegno di tenuta iniziale prevedeva una guarnizione unica che risolvesse sia il problema meccanico che quello di resistenza chimica all attacco del sodio liquido. Negli scorsi anni sono state provate diversi tipi di guarnizioni, ma nessuna si è rivelata adeguata all utilizzo nella cella planare, a causa di problemi meccanici (la guarnizione si alterava nel tempo e s infragiliva) o per problemi di resistenza all attacco del sodio. Si è quindi modificato il sistema di tenuta per risolvere dapprima i problemi dell attacco corrosivo ai materiali di tenuta da parte del sodio liquido, e successivamente per superare il problema della non planarità della membrana posta tra i comparti anodico e catodico, in modo da impedire il trafilamento attraverso la tenuta. Si è quindi arrivati, attraverso ottimizzazioni successive, ad un sistema di tenuta formato da più componenti in modo da assolvere i diversi problemi: quello corrosivo, quello delle diverse dilatazioni termiche tra il corpo metallico e le parti ceramiche e quello della planarità. Lo scorso anno si sono eseguite diverse prove in temperatura per la scelta dei materiali di incollaggio e si sono individuati due materiali, uno ceramico e uno vetroso da utilizzare per le prove di tenuta in temperatura. Stato attuale delle tecnologie I sistemi di accumulo di tipo elettrochimico sono la tecnologia di accumulo di energia elettrica che negli ultimi anni ha assistito alla maggiore diffusione. Da un lato, infatti, l evoluzione tecnologia che sta interessando gli accumuli elettrochimici ha consentito di ottenere vite utili ed efficienze di carica/scarica crescenti, nonché costi in rapida diminuzione; d altro canto, l ampia flessibilità di installazione delle batterie ne permette l efficace utilizzo anche per applicazioni distribuite. Infatti, una peculiarità degli accumulatori elettrochimici è la rapidità di installazione e la possibilità di installazioni rimovibili: i sistemi di accumulo sono costituiti da moduli e Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 182 di 360

183 assemblati generalmente in container fino a raggiungere la taglia in potenza ed energia voluta; in caso di necessità, il sistema può essere spostato con costi relativamente ridotti. Nel mondo negli ultimi anni sono state realizzate diverse installazioni di taglia medio/grande, tra i vari progetti si possono citare in particolare i progetti che Terna sta realizzando in Italia: progetti Energy Intensive con tecnologia sodio-zolfo di potenza 5x6 MW + 1x4,8 MW, durata di scarica alla potenza nominale 6,7 ore. I progetti, incentivati dall AEEGSI, mirano alla risoluzione di congestioni sulla rete di trasmissione, alleviando il fenomeno della mancata produzione eolica che sta interessando negli ultimi anni il Sud della penisola. Altre funzionalità realizzate dai Sistemi di Accumulo (SdA) del progetto sono la regolazione di frequenza ed il controllo della tensione. progetti Power Intensive, realizzati con batterie litio-ioni di varie tipologie e batterie sodio/nichel. L iniziativa prevede la realizzazione nelle due isole maggiori, Sicilia e Sardegna, di due progetti per SdA con prestazioni in potenza. L obiettivo è la sperimentazione di SdA elettrochimici a supporto dei piani di difesa della rete di trasmissione, ad esempio per effettuare regolazione frequenza-potenza con tempi di risposta ultra-rapidi (ad es. inerzia sintetica). Una parte sostanziale del progetto sarà anche dedicata allo sviluppo delle logiche di controllo delle diverse tecnologie di accumulo e alla loro integrazione nei sistemi di controllo di Terna. Oltre alle varie sperimentazioni sul campo riscontrabili a livello mondiale recentemente si sta sempre più assistendo all attivazione, da parte degli enti governativi, di iniziative legislative/regolatorie, volte alla diffusione estensiva dei SdA all interno dei sistemi elettrici nazionali. Questi progetti si differenziano dai precedenti sia per l entità degli strumenti economici forniti a supporto dell adozione dei SdA, che per il coinvolgimento dell utente finale. In questo contesto, è evidente la sostanziale evoluzione che sta riguardando i SdA: l accumulo sta rapidamente passando da soluzione relegata ad applicazioni di nicchia/sperimentali, ad uno strumento concreto a disposizione del gestore di rete, per far fronte alle nuove problematiche dei sistemi elettrici, e dell utente, per conseguire nuovi standard di economicità ed efficienza energetica. In questo senso, si annoverano le seguenti iniziative. A ottobre 2013, lo Stato della California ha dato mandato alle tre utility elettriche presenti sul territorio Pacific Gas and Electric Co., Southern California Edison e San Diego Gas and Electric Co. di procedere all approvvigionamento di 1325 MW di capacità di stoccaggio entro il 2020, e di concludere le installazioni entro il Ai fini del conseguimento della capacità di stoccaggio richiesta è ammesso l utilizzo di tutte le tipologie di SdA (elettrochimica, elettrostatica, meccanica e termica), ed anche l immagazzinamento dell energia termica locale per il riscaldamento o il raffrescamento qualora consenta di evitare l utilizzo di ulteriore energia elettrica. Allo scopo di incoraggiare le tecnologie emergenti, è stata esclusa la possibilità di utilizzare unità di pompaggio con potenza superiore a 50 MW. I SdA installati, oltre ad essere cost-effective, dovranno contribuire alla riduzione delle emissioni di gas serra e dei picchi di generazione elettrica, permettere di differire o evitare nuovi investimenti in capacità di generazione, trasmissione o distribuzione, o migliorare l affidabilità di esercizio delle reti di trasmissione o di distribuzione dell energia elettrica. Nel 2011, in Germania, i Ministeri Federali per l Economia e la Tecnologia, per l Ambiente, la Conservazione Naturale e la Sicurezza Nucleare, e per l Educazione e la Ricerca hanno lanciato un iniziativa comune per promuovere la ricerca e lo sviluppo nel campo delle tecnologie di accumulo. Nel gennaio 2013, il Governo tedesco ha avviato una campagna di incentivazione per SdA abbinati a impianti fotovoltaici per finalità di energy management. L iniziativa prevede un finanziamento di 25 milioni di euro nel 2013 e di ulteriori 50 milioni di euro nel L incentivo è indirizzato agli utenti domestici, con un impianto fotovoltaico (FV) di potenza non superiore ai 30 kwp, che accettano di installare un SdA per effettuare peakshaving/time-shifting della produzione FV. L incentivo erogato per l acquisto dell accumulo elettrico è pari a 600 /kwp, con un tetto massimo del 30% rispetto al costo complessivo del SdA. Le due iniziative adottano approcci diametralmente opposti al problema delle rinnovabili. Mentre lo Stato della California ha optato per incentivare l installazione dei SdA da parte delle utility elettriche, favorendo dunque un accumulo centralizzato, o anche distribuito, ma pur sempre installato in rete ed integrato nei relativi sistemi di controllo, la Germania ha invece ritenuto opportuno promuovere l installazione dell accumulo elettrico Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 183 di 360

184 presso gli utenti attivi, per giunta limitando il finanziamento alle utenze di piccole dimensioni (con potenza in immissione non superiore ai 30 kwp), nel verso di quella che è la massima espressione di accumulo distribuito. I programmi di ricerca europea FP6 e FP7 hanno finanziato progetti per sistemi di accumulo che utilizzano nuovi materiali elettrolitici, basati su liquidi ionici, e materiali elettrodici per celle al litio di nuova generazione. Negli Stati Uniti il programma di ricerca sui sistemi di accumulo elettrico riguarda varie tecnologie, tra cui accumulatori elettrochimici di tipo convenzionale o avanzato, supercapacitori, volani meccanici, SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage). A partire dal 2009 il DOE ha destinato finanziamenti per il miglioramento delle tecnologie di accumulo innovative. Gli obiettivi in termini di prestazioni delle tecnologie fissati dal DOE a breve termine ( ) riguardano il raddoppio dell energia specifica (fino a 250 Wh/kg), l aumento della vita attesa e una riduzione del prezzo da 600 fino a 125 $/kwh, per una produzione su larga scala di batterie al litio. Gli obiettivi a lungo termine si propongono lo sviluppo di nuove tecnologie o derivanti da quelle al litio, come le litio-zolfo, litio-aria, zinco-aria, magnesio-ioni, che dovrebbero avere, sulla carta, una energia specifica molto più elevata rispetto alle batterie litio-ioni e quindi un costo minore. Il DOE inoltre da alcuni anni finanzia la realizzazione di impianti dimostrativi per varie applicazioni di tipo stazionario connessi alla rete (ad esempio impianti di grossa taglia con batterie al litio o a flusso di elettrolita per eliminare le fluttuazioni di potenza di generatori a fonte rinnovabile). Inoltre ha messo a punto un database dei progetti relativi ai sistemi di accumulo connessi alla rete, disponibile al sito dove sono riportate informazioni su impianti pilota sia in fase di sviluppo sia già funzionanti e sulle attività di ricerca nel settore. Il Pacific Northwest National Laboratory (Richland, WA, USA) sta conducendo un progetto, finanziato dal DOE, Planar Na-beta batteries development for renewable integration and grid applications con gli obiettivi focalizzati a diminuire il costo della batteria, attraverso una maggiore densità volumetrica di potenza, e aumentare il ciclo di vita, attraverso la riduzione della temperatura operativa. Il settore delle batterie a flusso di elettrolita è stato riscoperto solo di recente, a seguito dei progressi fatti registrare nella tecnologia delle celle a combustibile, con cui condivide alcuni componenti chiave, e dal forte interesse nel settore delle energie rinnovabili non programmabili, con la conseguente necessità di avere sistemi di accumulo in rete. In passato negli Stati Uniti DOD (Department of Defense) e NSF (National Science Foundation) hanno finanziato qualche progetto, ma si è trattato perlopiù di casi isolati con bandi di ricerca e dimostrazione che hanno ricevuto poche proposte. Nel 2010, l Agenzia ARPA-E (Advanced Research Project Agency Energy) ha avviato il programma GRIDS (Grid-Scale Rampable Intermittent Dispatchable Storage) per finanziare lo sviluppo di nuove tecnologie di accumulo per la rete, che include le batterie a flusso. Nel resto del mondo le batterie a flusso di elettrolita sono state oggetto di significativi programmi di R&S essenzialmente in Australia, Cina e Giappone. IL PROGETTO NEL TRIENNIO Obiettivo finale dell attività L obiettivo principale del Progetto è lo sviluppo di tecnologie di accumulo elettrochimico ad alta temperatura e la sperimentazione di sistemi di accumulo di energia elettrica di piccola taglia. Qui di seguito si riportano gli obiettivi specifici: Sotto-linea 1 Sistemi di accumulo elettrochimici Caratterizzazione di laboratorio di diverse tipologie di batterie commerciali con profili di utilizzo tipici di time shift, power quality, integrazione rinnovabili non programmabili. Elaborazione di una procedura di gestione delle batterie. Sviluppo di una procedura di prova per la valutazione dell invecchiamento delle batterie. Sviluppo di modelli di invecchiamento finalizzati alla realizzazione di un sistema di diagnostica per batterie. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 184 di 360

185 Analisi dei benefici ottenibili dall utilizzo di supercondensatori accoppiati ad un sistema di accumulo elettrochimico. Individuazione di attività di sviluppo tecnologico nel settore delle batterie a flusso di elettrolita. Sotto-linea 2 Mono-cella ad alta temperatura Na-beta Messa a punto di una nuova configurazione planare per le batterie ad alta temperatura sodio-beta per migliorare le prestazioni della batteria in termini di potenza e anche di compattezza della struttura. Descrizione dell attività a termine Il progetto, ad orizzonte triennale, intende coprire gli aspetti di sviluppo tecnologico dei sistemi di accumulo elettrochimico, al fine di utilizzarli per migliorare la stabilità e la sicurezza del sistema elettrico, e compensare le fluttuazioni della generazione da fonti rinnovabili non programmabili. I sistemi di accumulo di energia elettrica possono essere impiegati in molteplici applicazioni, alcune delle quali richiedono prestazioni in potenza, quindi sistemi in grado di scambiare elevate potenze per tempi brevi (da frazioni di secondo a qualche decina di secondi), mentre altre richiedono prestazioni in energia, quindi sistemi in grado di scambiare continuativamente potenza per diverse ore. Spesso ai sistemi di accumulo sono richieste prestazioni ibride e cioè il sistema di accumulo deve poter scambiare energia per diverse ore, ma deve essere inoltre in grado di far fronte a picchi di potenza di breve durata. Le tecnologie di accumulo elettrochimico attuali non sono realizzate per svolgere questa duplice funzione e l erogazione di picchi di potenza di breve durata, ma di alta intensità, può accelerare l invecchiamento. Per far fronte a questo problema, si può pensare all integrazione di un sistema con prestazioni in energia, basato su batterie, con un sistema con prestazioni in potenza, costituito da supercondensatori. Il sistema complessivo presenta i vantaggi di entrambi i sistemi e può garantire le prestazioni ibride richieste in diverse applicazioni. Gli accumulatori elettrochimici sono attualmente oggetto di intensa attività di ricerca e sviluppo e se ne prevede una crescente penetrazione, sia sulla rete di trasmissione che per applicazioni distribuite in prossimità dell utenza e più in generale nelle Smart Grid. Si tratta di sistemi di piccola e media taglia, dai kw alle decine di MW con capacità di accumulo che arrivano ad alcune ore. L introduzione di elementi di accumulo elettrico nelle reti attive di distribuzione può risolvere situazioni di criticità che possono presentarsi nell esercizio delle stesse, che grazie alla loro versatilità d impiego possono svolgere contemporaneamente più servizi ancillari per la rete. La scelta delle tipologie di accumulo da impiegare e il loro posizionamento ottimale, rappresentano tematiche tuttora aperte e oggetto di discussione tra gli operatori del settore. Sotto-linea 1 Sistemi di accumulo elettrochimici Caratterizzazione di laboratorio di batterie al litio e sodio/cloruro di nichel e problematiche di sicurezza Sulla base delle procedure di prova per batterie litio-ioni messe a punto nel corso del precedente AdP, si effettueranno prove di base e per applicazioni specifiche su batterie Litio-ioni, anche al variare della temperatura ambiente. Sarà validata la procedura di prova per batterie litio-ioni, e si procederà con la stesura e validazione di una procedura per batterie ad alta temperatura sodio/cloruro di nichel, analizzando in particolare le misure di sicurezza da adottare, le disposizioni generali di prova e i cicli di lavoro adatti a questa tecnologia. Modello di invecchiamento per batterie e procedure di gestione ottimizzate L attività del triennio è incentrata sulla corretta gestione e sulla diagnostica delle batterie, in particolare delle nuove tecnologie di accumulo che saranno utilizzate per applicazioni di supporto alla rete. L attività si propone di sviluppare una procedura di gestione ottimizzata e un modello di invecchiamento per batterie innovative, che permetta di monitorarne l invecchiamento con lo scopo, ad esempio, di programmarne Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 185 di 360

186 la sostituzione oppure suggerire una gestione diversa. Per portare a termine l attività si partirà dall analisi delle tecniche diagnostiche e dalle metodologie di prove di vita, eventualmente accelerate, riportate in letteratura e si definirà un protocollo di sperimentazione. Si individueranno dei parametri diagnostici delle batterie definendo la correlazione tra questi parametri e lo stato di salute. Questo sarà effettuato attraverso l analisi di dati sperimentali e lo sviluppo di un modello dinamico, sia delle celle elettrochimiche che delle batterie complete. Si metteranno a punto anche procedure di prove specifiche per l invecchiamento di batterie. Sistema ibrido supercondensatori-batteria litio-ioni Con le attività di ricerca svolte nel precedente AdP è stato messo a punto un convertitore statico per permettere l integrazione di sistemi di accumulo di diversa tecnologia. Le schede elettroniche sviluppate, permettono la realizzazione di un sistema ibrido batteria supercondensatore, con lo scopo di ottenere un sistema con prestazioni migliori, anche dal punto di vista della vita utile, rispetto all impiego della sola batteria. Nel presente progetto si proseguirà l attività con lo sviluppo del sistema di gestione della scheda elettronica che controlla il parallelo delle due diverse tipologie di accumulo. Si prevede quindi di verificare, attraverso prove sperimentali, il miglioramento delle prestazioni e di verificare l efficacia di tale sistema nel prolungare la vita operativa della batteria. Allo scopo si proveranno contemporaneamente tre configurazioni di sistema: sola batteria e un convertitore c.c./c.c., batteria-supercondensatori connessi mediante due c.c./c.c. in parallelo e batteria senza c.c./c.c. Batterie a flusso di elettrolita Le batterie Redox a flusso di elettrolita comprendono diverse tipologie che si differenziano principalmente per la coppia elettrochimica adottata e sono in buona parte ancora ad uno stadio di sviluppo tecnologico poco avanzato. Si vuole pertanto effettuare un confronto delle diverse tecnologie per individuare quelle con le migliori prospettive di sviluppo e prestazioni più adatte ad applicazioni a supporto del sistema elettrico. Si evidenzieranno le maggiori criticità di carattere tecnico allo scopo di avviare una attività di sperimentazione per contribuire allo sviluppo tecnologico. Sotto-linea 2 Mono-cella ad alta temperatura Na-beta Sviluppo di una mono-cella Na-beta con geometria planare Sarà progettata e realizzata una nuova mono-cella, di caratteristiche modificate rispetto alla precedente (AdP ), caratterizzata da volumi dei comparti anodico e catodico ridotti e da una nuova configurazione dell elettrodo portacorrente. Oltre alla modifica della geometria di cella si procederà con l individuazione di nuove tipologie di tenuta metallo-ceramica della batteria ad alta temperatura, che dovranno essere caratterizzate da buona resistenza meccanica e chimica e che possano garantire il richiesto isolamento elettrico tra i due comparti anodico e catodico, anche a fronte di cicli termici. La scelta dei materiali di tenuta sarà effettuata con particolare attenzione guardando alle soluzioni più adatte per applicazioni industriali. Dopo aver individuato più soluzioni, queste verranno provate con una cella prototipale a conformazione planare in presenza dei reagenti della batteria, secondo cicli di carica e scarica in condizioni termiche variabili. Partecipazione a gruppi di lavoro internazionali Continuerà la partecipazione a iniziative internazionali nell ambito normativo nei comitati IEC e CEI. In particolare RSE è direttamente coinvolta nel nuovo gruppo di lavoro internazionale congiunto tra TC 21 Batteries e TC 105 Fuel Cell Technologies che avrà il compito di sviluppare norme sulla sicurezza, sulle prestazioni e sull installazione di sistemi a batterie a flusso di elettrolita. Queste iniziative consentono un confronto e un acquisizione di conoscenze utili per orientare lo sviluppo normativo e i programmi di ricerca a livello nazionale. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 186 di 360

187 Prodotti significativi previsti alla fine del triennio Sotto-linea 1 Sistemi di accumulo elettrochimici Procedura di prova RSE-ENEA di batterie litio ioni: prove di base e per applicazioni specifiche (2012) Procedura di prova RSE-ENEA di supercondensatori (2012) Procedura di prova batterie Na/NiCl2 (2012) Dati di caratterizzazione batterie litio-ioni e Na/NiCl2 (2012) Modello di una cella litio ioni (2013) Procedura di prova di invecchiamento batterie (2014) Procedura di gestione ottimale di batterie (2014) Modello di invecchiamento delle batterie litio ioni per la stima dello stato di salute delle batterie (2014) Dati della sperimentazione di un sistema ibrido batteria-supercondensatore (2014) Sotto-linea 2 Mono-cella ad alta temperatura Na-beta Mono-cella innovativa di batteria sodio-beta ad alta temperatura con configurazione planare (2014) Dati della sperimentazione della mono-cella sodio-beta planare (2014) Coordinamento con attività di ENEA e CNR Alcune delle attività svolte in questo progetto sono oggetto di coordinamento con quelle svolte da ENEA e CNR nell ambito dei rispettivi AdP sottoscritti con MiSE per progetti RdS di tipo a). Nel corso del 2010 il MiSE ha ritenuto opportuno disporre la costituzione di gruppi di lavoro con lo scopo di coordinare le attività comuni ed affini tra i tre soggetti affidatari (CNR, ENEA, RSE), al fine di evitare le sovrapposizioni e di favorire sinergie volte al conseguimento di obiettivi comuni per massimizzare i risultati. Conseguentemente si è proceduto alla costituzione del gruppo di lavoro per il coordinamento delle attività sul progetto Ricerche su Reti Attive, Generazione Distribuita e Sistemi di Accumulo. Il Gruppo di Coordinamento ha predisposto una Proposta Operativa di Coordinamento (POC), nella quale sono stati identificati i seguenti temi oggetto di coordinamento: Sistemi e tecnologie di accumulo elettrico; Integrazione di Generazione Distribuita e sistemi di accumulo nella rete elettrica di distribuzione; Celle a combustibile. Attualmente le attività di coordinamento riguardano esclusivamente il tema dell accumulo elettrico. In particolare, sono state sviluppate dal gruppo di coordinamento CNR-ENEA-RSE, procedure di prova per batterie al litio-ioni e super-condensatori. Nel 2012 sono state applicate ed estese le procedure di prova elettriche ed elettrochimiche, congiuntamente definite, per garantire una base comune di confronto dei risultati sperimentali dei differenti laboratori. Ci si è accordati per differenziare le attività sperimentali di laboratorio in modo da analizzare una maggiore quantità di tecnologie di accumulo, sia per quanto riguarda la caratterizzazione di base sia per le prove dedicate ad applicazioni specifiche. Ulteriori cicli di prova per differenti applicazioni saranno definiti congiuntamente. I contatti con ENEA avvengono anche in ambito EERA attraverso il coordinamento del Joint Program su Smart Grid e su Energy Storage, e nella preparazione di proposte di progetti europei. Inoltre sono stati informalmente discussi, con contatti bilaterali o mediante l esame dei rapporti tecnici e dei piani di lavoro, alcuni aspetti delle ricerche proposte dai tre enti sull accumulo (batterie avanzate al litio, ad alta temperatura e redox) in modo da rendere complementari le attività di ricerca. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 187 di 360

188 Si sono avuti alcuni incontri nel 2013 e nel 2014 per confrontarsi sulle modalità di esecuzione di prove di vita accelerate di batterie. ENEA ed RSE hanno preparato un Documento Congiunto di Coordinamento sull accumulo di energia elettrica, RSE prot Nel documento si riportano, per i due enti, gli obiettivi triennali, una sintesi delle attività previste nei rispettivi PAR, le collaborazioni con l università e l industria, e i prodotti significativi del triennio Inoltre, si definiscono le azioni e la programmazione delle attività coordinamento. Benefici previsti per gli utenti del sistema elettrico nazionale dall esecuzione delle attività Il progetto in questione, affrontando sia gli aspetti tecnici sia quelli normativi che rendono possibile il passaggio verso una rete di distribuzione attiva, intende fornire un importante contributo a tutti i soggetti coinvolti in questa transizione. In particolare ne beneficeranno gli operatori delle reti elettriche, l industria e gli utenti: le attività sull accumulo di energia elettrica interesseranno diverse tecnologie di media e piccola taglia connesse alle reti di distribuzione. Saranno ad esempio disponibili: dati di caratterizzazione di base e specifici delle applicazioni, procedure di prova, modelli di invecchiamento finalizzati alla stima dello stato di salute di batterie al Pb e litio-ioni, metodologie di gestione ottimale per migliorare le prestazioni e la vita attesa, prototipi di apparati elettronici che integrano batterie con supercondensatori. Infine, in collaborazione con FIAMM, si lavorerà allo sviluppo di una cella ad alta temperatura Na-beta con geometria planare per ottenere una configurazione più compatta e con maggior potenza specifica. La partecipazione attiva ai nuovi gruppi di lavoro internazionali e nazionali che sviluppano la normativa sulla sicurezza, la misura delle prestazioni e l installazione di sistemi a batterie a flusso di elettrolita consente di acquisire informazioni dirette sui progetti normativi in essere, offrendo altresì a tutti gli stakeholder nazionali maggiori possibilità di contribuire con idee e proposte allo sviluppo di una normativa armonizzata e condivisa a livello europeo e internazionale. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 188 di 360

189 PIANIFICAZIONE ANNUALE DELLE ATTIVITA Elenco degli obiettivi relativi all annualità 2014 Descrizione dell attività dell annualità 2014 Sotto-linea 1 Sistemi di accumulo elettrochimici Sviluppo di un sistema per la stima del SOC e del SOH e di una procedura di gestione ottimale delle batterie litio-ioni I sistemi di accumulo sono utilizzati da tempo in applicazioni stazionarie come sistemi di back-up, ma le nuove applicazioni che saranno tenuti a svolgere, come l accoppiamento con le rinnovabili o la regolazione primaria di frequenza, impongono alle batterie condizioni di lavoro molto diverse, e generalmente più stressanti, rispetto alle applicazioni tradizionali. In questo scenario è molto importante la messa a punto di sistemi diagnostici, che siano in grado di monitorare l invecchiamento delle batterie con tecniche di analisi non invasive, in modo da permettere di programmare la sostituzione degli elementi guasti senza la necessità di lunghe interruzioni del servizio. Nel corso del PAR 2013 è stato definito il modello elettrico di una cella litio-ioni. I diversi parametri costituenti il modello sono stati identificati attraverso una campagna di prove condotta in laboratorio. La procedura di prova sviluppata ha permesso la costruzione del modello di cella in funzione dello stato di carica (SOC) e della temperatura. Inoltre, è stata realizzata una postazione di prova che permetterà l esecuzione della procedura sviluppata per verificare l invecchiamento di celle litio-ioni e quindi per misurare lo stato di salute della cella (SOH). Nel PAR 2014 si intende completare l attività di caratterizzazione utilizzando tale procedura di prova per alcune celle litio-ioni. Saranno condotte prove di invecchiamento su tre celle sottoposte a diverse condizioni di lavoro. Si utilizzeranno i risultati ottenuti per definire la modalità di gestione, che massimizza la vita utile delle batterie litio-ioni, e per verificare la dipendenza dei parametri del modello, definito nel PAR 2013, in funzione dello stato di salute. Il modello così ottenuto consentirà di sviluppare un sistema per la stima dello stato di carica (SOC) e dello stato di salute (SOH) senza richiedere il fuori servizio della batteria (la misura viene infatti effettuata on-line). In particolare, l analisi della risposta della tensione di batteria a un disturbo di corrente, sovrapposto alla corrente di scarica/carica già applicata, permette di valutare i parametri del modello e stimare quindi il SOC e il SOH. Sperimentazione di un sistema ibrido batteria-supercondensatori Nel precedente periodo di ricerca era stato sviluppato un dispositivo, costituito da convertitori c.c/c.c. e da un interfaccia utente, in grado di integrare batterie e supercondensatori secondo differenti configurazioni, con lo scopo di migliorare le prestazioni del sistema di accumulo e la vita utile della batteria, rispetto ad un sistema costituito dalla sola batteria. Nel 2013 sono stati avviati dei test di invecchiamento della batteria nelle seguenti tre configurazioni: a) sistema costituito dalla sola batteria che si interfaccia verso il carico tramite un convertitore c.c/c.c, b) sistema ibrido batteria-supercondensatori dove i due accumuli sono connessi in parallelo mediante due convertitori c.c/c.c. in parallelo, c) batteria senza convertitore c.c/c.c, cioè connessa direttamente al carico in continua. Nel presente PAR proseguiranno le prove d invecchiamento, che consentiranno di verificare i miglioramenti attesi dall impiego del sistema di accumulo ibrido per incrementare la vita operativa della batteria. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 189 di 360

190 Attività sperimentale e normativa sulle batterie a flusso di elettrolita Proseguirà la collaborazione già avviata con Sumitomo per un attività sperimentale congiunta da programmare sulla batteria vanadium redox battery (VRB) di RSE. In collaborazione con il Politecnico di Milano sarà sviluppato un modello di VRB, che sarà oggetto di un poster per il prossimo International Flow Battery Forum (IFBF) 2014 di Amburgo: A 2D model of vanadium flow batteries: analysis of self-discharge due to vanadium ions crossover. In campo normativo si continuerà a seguire attivamente gli sviluppi del lavoro svolto in ambito IEC, mantenendo stretti contatti con il responsabile di Sumitomo Giappone. È prevista la partecipazione al gruppo congiunto JWG7 Flow battery del TC21-TC105 dell IEC. RSE si è inoltre candidata ad ospitare a Milano, con la collaborazione del CEI, una delle riunioni del gruppo di lavoro JWG7 che saranno programmate nel Sotto-linea 2 Mono-cella ad alta temperatura Na-beta Sviluppo di una configurazione di cella planare per batterie ad alta temperatura di tecnologia Na-beta Questa attività sarà svolta in collaborazione con FIAMM, che è interessata alla nuova geometria planare che consentirebbe di realizzare una batteria più compatta e con una densità di potenza più elevata. L attività prevede di adottare le soluzioni di tenuta provate nel precedente anno. La soluzione più promettente prevede un componente ceramico, da incollare sull elettrolita e sul corpo cella, utilizzando un materiale a base allumina. In parallelo verranno condotte prove di resistenza chimica di un materiale vetroso, adatto a formare una giunzione vetrosa, in presenza di sodio liquido alla temperatura operativa della cella. La miscela vetrosa che supererà il test di resistenza chimica verrà utilizzata per fare prove con una monocella. La monocella sarà inizialmente montata con il sistema di tenuta individuato e saranno svolte prove in temperatura con sodio liquido e nichel cloruro, realizzando cicli termici tipici del comportamento della batteria. Una volta verificata la tenuta e l assenza di trafilamenti di reagenti, verranno condotte prove di carica e scarica della cella per la caratterizzazione, dei parametri elettrochimci, utilizzando la miscela di reagenti messi a punto da FIAMM. Inoltre nel corso dell anno si effettuarenno studi di sinterizzazione di materiali ceramci, a base β allumina, i campioni saranno propedeutici al confronto con quelli che verranno realizzati successivamente con un apparecchiatura di nuova acquisizione (SPS - Spark Plasma Sintering) che consente di effettuare la compressione della miscela di composti e la sinterizzazione in un unica fase, ottenendo composti a struttura nanometrica. Risultati e grado di realizzazione del prodotto triennale Prodotto triennale Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2012 e 2013 Attività previste nel PAR 2014 Sotto-linea 1 Sistemi di accumulo elettrochimici Procedura di prova RSE-ENEA di batterie litio ioni: prove di base e per applicazioni specifiche. Procedura di prova RSE-ENEA di supercondensatori. Procedura di prova batterie Na/NiCl2. Sono state elaborate due procedure di prova per batterie litio-ioni e per supercondensatori, in collaborazione con ENEA. E stata sviluppata una procedura di prova per batteria sodio/cloruro di nichel per applicazioni TLC. - Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 190 di 360

191 Prodotto triennale Avanzamento ottenuto con le attività del PAR 2012 e 2013 Attività previste nel PAR 2014 Dati di caratterizzazione batterie litio-ioni e Na/NiCl 2. Modello elettrico di una cella litio ioni. Procedura di prova di invecchiamento batterie. Procedura di gestione ottimale di batterie. Modello di invecchiamento delle batterie litio ioni per la stima dello stato di salute delle batterie. Dati della sperimentazione di un sistema ibrido batteria-supercondensatore. Caratterizzazione di una batteria litio-ioni a tre differenti livelli di temperatura ambiente. Caratterizzazione di una batteria sodio/cloruro di nichel per applicazioni TLC e di diverse tipologie di batterie litio-ioni per TLC. Individuazione dei parametri del modello elettrico del primo e secondo ordine di una cella litioioni polimeri. Sviluppo di una procedura di prova specifica per l analisi dell invecchiamento delle batterie. - Individuazione dei parametri diagnostici per batterie litio-ioni e avvio dei test d invecchiamento, realizzazione della postazione di prova. Realizzazione interfaccia di controllo in ambiente LabView e avvio delle prove. Sviluppo sistema di controllo e prove su celle litio-ioni singole e accoppiate ai SC per confrontarne le prestazioni. Avvio delle prove di vita. Sotto-linea 2 Mono-cella ad alta temperatura Na-beta Mono-cella innovativa di batteria sodio-beta ad alta temperatura con configurazione planare. Dati della sperimentazione della mono-cella sodio-beta planare. Individuazione di alcune soluzioni di tenuta metallo ceramica e realizzazione di un prototipo di mono-cella per verificare l affidabilità delle soluzioni trovate. Realizzazione delle tenute, verifica e sottomissione a cicli termici di prova. - - Sviluppo di uno stimatore del SOC di una batteria litio-ioni. - Messa a punto di una procedura di gestione ottimale delle batterie. Test di invecchiamento su celle litio-ioni per individuare la relazione tra i parametri del modello elettrico delle celle e il numero di cicli di vita, al variare delle condizioni di lavoro. Svolgimento delle prove di vita per verificare il miglioramento offerto da un sistema di accumulo ibrido rispetto a una batteria. Disegno di massima della mono cella con nuovo sistema di tenuta. Definizione dei parametri elettrochimici per il disegno nuova cella. Verifica del nuovo sistema di tenuta con mono cella realizzata in precedenza attraverso prove con cicli termici e di carica e scarica. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 191 di 360

192 Principali collaborazioni scientifiche Università / Consulente Oggetto Eventuali note integrative sul contributo della collaborazione al raggiungimento degli obiettivi di progetto Università di Milano Dipartimento di scienze della terra Dipartimento di Scienza e Tecnologia Applicata (DISAT) Politecnico di Torino Spin off Università di Milano/ Petroceramics Prestazione scientifica di caratterizzazione strutturale beta-allumina. Collaborazione per la realizzazione di una giunzione beta-alfa allumina con materiale vetroso. Collaborazione per lo studio e la produzione della miscela di composti più adatta alla formazione di β -allumina. La caratterizzazione strutturale dei campioni di beta allumina prodotti nel progetto, è necessaria per identificare il tipo di beta-allumina prodotto: β, β o β, perché hanno strutture cristalline diverse. La giunzione vetrosa potrebbe avere caratteristiche di durata migliori rispetto a quella incollata. Petroceramics supporterà RSE nella realizzazione di campioni di β allumina con loro apparecchiature (pressa isostatica e forno per sinterizzazione) Durata delle attività Marzo 2014 Febbraio Elenco dei deliverable del progetto Le attività svolte e gli obiettivi conseguiti nel progetto al termine del PAR 2014 saranno descritti, nella forma di rapporti tecnici, nei seguenti deliverable: Numero di riferimento Titolo 1 Sviluppo di un sistema per la stima dello stato di carica (SOC) e dello stato di salute (SOH) di una batteria litio-ioni, procedura di gestione ottimale delle batterie litio-ioni Sperimentazione della batteria redox a flusso di elettrolita installata nella test facility di GD. 2 Attività normativa su batterie a flusso di elettrolita. 3 Mono-cella di batteria sodio-beta ad alta temperatura con configurazione planare: caratteristiche e dati sperimentali. Studi preliminari di formulazione e sinterizzazione di β allumina. 4 Rapporto di Sintesi delle attività Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 192 di 360

193 Comunicazione e diffusione dei risultati Al fine di dare ampia diffusione ai risultati, dell attività di Ricerca di Sistema, ottenuti da RSE nell ambito del piano annuale di realizzazione 2014, oltre alla diffusione dei rapporti di ricerca realizzata attraverso il sito aziendale, dal quale saranno resi scaricabili i deliverables, sono previste e programmate diverse altre iniziative di disseminazione. Si perseguiranno attività di diffusione derivanti dalla pubblicazione di articoli su riviste del settore elettrico ed energetico e dalla presentazione di contributi a congressi e convegni, sia in ambito nazionale che internazionale, tra cui IFBF (International Flow Battery Forum). Sarà presentata una memoria al ICACC 2015 (39th International Conference and Expo on Advanced Ceramics and Composites) a gennaio 2015 a Daytona dal titolo Glass-ceramic joining materials for sodium-based battery. Particolare attenzione verrà anche rivolta alla diffusione dei risultati nell ambito di iniziative di comunicazione (tipicamente convegni e workshop) organizzate da associazioni di categoria e/o professionali, con particolare riguardo all ANIE (Federazione Nazionale Imprese Elettrotecniche ed Elettroniche) e all AEIT (Federazione Italiana di Elettrotecnica, Elettronica, Automazione, Informatica e Telecomunicazioni). La diffusione seguirà anche il canale del Supporto a Comitati di Normativa, nei seguenti comitati: Gruppo di lavoro congiunto sulle batterie a flusso di IEC TC 21 Secondary cells and batteries e TC 105 Fuel cell technologies ; CEI CT 105 Celle a combustibile ; CEI CT 120 Sistemi di accumulo di energia CENELEC CLC/WS05 Flow batteries - Requirements and test methods. Preventivi economici PROGETTO Ore personale dipendente Costi personale dipendente (A.1) Costi personale non dipendente (A.2) Costi di personale (A1+A.2) Costi per strumenti, attrezzature, software specifico Costi di esercizio ) Costi per servizi di consulenza, acquisizione di competenze tecniche, brevetti Viaggi e missioni Spese generali supplementari (costi indiretti) Totale costi Totali finanziamenti UE RdS (Ore) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) (Euro) A.4 Accumulo di energia elettrica 1 Accumulo di energia elettrica Sistemi di accumulo elettrochimici Mono-cella ad alta temperatura Na-beta Subtotale linea Totale Le principali prestazioni esterne previste nello svolgimento delle attività sono descritte nella tabella seguente: Principali fornitori esterni Sotto-linea 1 Sistemi di accumulo elettrochimici Descrizione MathWorks National Instruments Contratto a progetto Rinnovo licenza Matlab-Simulink Sympowersystem Symscape, toolbox real time dspace Rinnovo licenza Labview Modelli d invecchiamento delle batterie Sotto-linea 2 Mono-cella ad alta temperatura Na-beta Università di Milano - Dipartimento di scienze Caratterizzazione strutturale beta-allumina. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 193 di 360

194 della terra Politecnico di Torino - Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia Petroceramics Collaborazione per la realizzazione di una giunzione beta-alfa allumina con materiale vetroso Collaborazione per lo studio di ceramiche beta-allumina DIAGRAMMA TEMPORALE DELLE ATTIVITÀ (GANTT) Attività Procedure di prova batterie Litio - Na/Cl e supercondensatori Caratterizzazione batterie Litio - Na/Cl 1 -Sistemi di accumulo elettrochimici Procedura di prova sistema ibrido batteria-supercondensatore e realizzazione interfaccia utente SW di gestione Sperimentazione sistema ibrido batteria-supercondensatore Contributo JP EERA accumulo Caratterizzazione batterie innovative Procedure per la gestione ottimale delle batterie Valutazione del livello attuale e dello sviluppo futuro delle batterie a flusso di elettrolita, supportata da attività sperimentale Realizzazione postazione di prova per diagnostica batterie Procedura di prove di invecchiamento di batterie Modello di una cella litio ioni Modello di invecchiamento delle batterie litio ioni per la stima dello stato di salute delle batterie Attività Monocella Na-beta Realizzazione mono-cella innovativa di batteria sodio-beta ad alta temperatura con configurazione planare Sviluppo tenuta planare tra membrana di beta allumina e corpo cella in acciaio Sperimentazione mono-cella innovativa Nota 1: Ottenimento prodotti finali / emblematici aventi caratteristiche tangibili (prototipo, impianto, installazione sperimentale, ecc.) Ottenimento prodotti intermedi aventi caratteristiche tangibili (prototipo, impianto, installazione sperimentale, ecc.) Ottenimento prodotti finali / emblematici aventi caratteristiche intangibili (studi, simulazioni, risultati sperimentali, ecc) Ottenimento prodotti intermedi aventi caratteristiche intangibili (studi, simulazioni, risultati sperimentali, ecc) Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 194 di 360

195 AREA 2 - PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA E PROTEZIONE DELL AMBIENTE Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 195 di 360

196 Progetto B.1.1: Energia elettrica da biomasse IL QUADRO DI RIFERIMENTO Descrizione del prodotto dell attività Lo sviluppo delle fonti rinnovabili è oggetto di un deciso impegno nell Unione Europea e, tra queste, le biomasse sono ritenute una delle principali fonti di energia primaria per il raggiungimento dell obiettivo 2020 del 20 % di produzione da FER. Le statistiche, di fonte GSE, sulla generazione elettrica da fonte rinnovabile attestano, al 2011, una produzione lorda nazionale pari a GWh, equivalente ad un rapporto percentuale FER/CIL 33 del 24 %, che sale nel 2012 a GWh portando il rapporto percentuale FER/CIL al 27,1 %. Ciò colloca l Italia al 4 posto tra i paesi europei (EU-15) sia per produzione elettrica rinnovabile complessiva sia per lo specifico di quella derivante dal settore Bioenergie (il termine si riferisce all energia elettrica derivabile da biomasse solide, biogas e bioliquidi), subito dopo Germania, Gran Bretagna e Svezia. Dai dati statistici nazionali attualmente disponibili e relativi al 2012, emerge un settore Bioenergie connotato da un parco impianti che è consistentemente aumentato rispetto al 2000, raggiungendo al 2012 il numero di 2199 impianti (186 nel 2000) e una potenza effettiva lorda installata pari a 3802 MW (685 MW nel 2000), a fronte di un trend in calo della taglia media d impianto (soprattutto per effetto della crescente incidenza degli impianti biogas, molti dei quali con potenza installata inferiore a 1 MW). La produzione totale lorda del settore Bioenergie risulta attestata al 2013 a GWh (12487 GWh nel 2012), equivalenti al 12,9 % dei GWh di produzione elettrica lorda nazionale complessivamente imputata alle fonti rinnovabili (tale quota era del 13,5 % circa nel 2012). Le biomasse solide (comprendenti le voci rifiuti biodegradabili e altre biomasse) rimanendo al 2012 attestate su valori di produzione lorda (4745 GWh) paragonabili a quelli raggiunti nel 2011 (4730 GWh) ed ai quali le due voci citate contribuiscono in quote abbastanza simili (46-54 % rispettivamente), vedono un relativo calo (dal 43 % al 38 % circa) del loro contributo alla produzione totale annua del settore Bioenergie. In questo settore passa, invece, dal 31 % al 37 % circa il contributo offerto dal settore biogas: la sua produzione risulta in aumento sia complessivamente, dai 3405 GWh del 2011 ai 4620 GWh circa nel 2012 (+ 35,7 % su base annua), sia settorialmente: incrementi percentuali piuttosto consistenti sono attestati soprattutto nel caso del biogas da attività agricole e forestali (+74,4 % rispetto al 2011) e da deiezioni animali (+43,4 % rispetto al 2011). Rimane sostanzialmente costante (attorno al 25 %) il contributo percentuale offerto dai bioliquidi (oli vegetali grezzi e altri bioliquidi) alla produzione lorda del settore Bioenergie, ai quali è tuttavia riconosciuto un aumento complessivo di produzione lorda del 15 % su base annua (dai 2697 GWh circa del 2011 ai 3121 circa del 2012). La definizione di biomassa assunta dalla vigente legislazione (Direttiva 2009/28/EC) sottende una vastissima gamma di matrici vergini, residuali, derivate da processi di trasformazione, rifiuti parzialmente o completamente biodegradabili. Ne deriva un ampia variabilità, non solo di contributo rinnovabile, ma anche di caratteristiche chimico-fisiche e di capacità di apporto energetico (potere calorifico) che ne possono condizionare in taluni casi l impiego (e di fatto lo condizionano in molte occasioni). L utilizzabilità energetica di prodotti, sottoprodotti e rifiuti può dipendere anche dalla richiesta, da parte delle autorità competenti, della rispondenza a requisiti (specifiche) codificati da norme tecniche (vigenti o in corso di revisione/definizione). Ma in taluni casi possono risultare e sono tuttora incidenti anche altri fattori quali: la disponibilità della risorsa (solo locale, diffusa) e competitività per essa (altre destinazioni d uso già esistenti); Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 196 di 360

197 la difficoltà o costi non remunerativi del recupero o della produzione ad hoc per uso energetico; la logistica e gestione (non trasportabilità su lunga distanza, problemi di stoccabilità, trattabilità in impianto, ad esempio in mix con altri combustibili trattati, ma anche impatto corrosivo, ecc.); la possibilità o meno di massimizzare lo sfruttamento del potenziale energetico di cui la fonte rinnovabile biomassa è portatrice. Non ultimo, giocano un ruolo anche questioni di accettabilità sociale (in particolare per la termovalorizzazione rifiuti). Anche il diverso status identificativo della biomassa avviata a valorizzazione energetica (prodotto, sottoprodotto, rifiuto), aspetto sul quale la legislazione, europea e nazionale, è di recente intervenuta con novità significative, ha degli evidenti riflessi non solo sulla disciplina cui esse sono soggette, ma anche (in realtà in modo non sempre chiaro e univoco) sui meccanismi di incentivazione dell energia elettrica rinnovabile da esse producibile. Dal punto di vista ambientale, l impiego delle biomasse per la generazione elettrica comporta minori emissioni di SO 2, grazie al minor contenuto di zolfo rispetto ai combustibili fossili (in particolare al carbone) e - soprattutto - di CO 2 che, come noto, non viene conteggiata tra le emissioni se deriva da biomasse non fossili. Inoltre, la co-combustione di biomassa con carbone permette di ottenere emissioni di ossidi di azoto (NO x ) più ridotte, a parità di configurazione impiantistica, e può essere applicata a impianti esistenti, sia alimentando in caldaia carbone e biomassa opportunamente premiscelati, sia adottando un sistema di alimentazione separato per la biomassa, che si miscela al carbone direttamente in caldaia. Il presente Progetto si inserisce in questo contesto generale, proponendosi di fornire un contributo allo sviluppo della generazione elettrica a partire da biomasse, attraverso: lo studio di problematiche di ordine ambientale e tecnologico connesse a tale utilizzo; la proposizione di soluzioni tecnologiche innovative di upgrade atte a promuovere una maggiore appetibilità e fruibilità energetica delle biomasse (es.: di quelle di natura residuale ora solo parzialmente utilizzate e/o a basso valore intrinseco per tale uso) o la ulteriore valorizzazione del contenuto energetico di queste (es: biogas non solo nella produzione di energia elettrica ma anche di biometano); la messa a disposizione degli stakeholder, istituzionali e non, di strumenti (modelli, metodologie analitiche e valutative) per il monitoraggio degli impatti (emissioni inquinanti, sostenibilità ambientale) degli impianti di generazione elettrica alimentati a biomasse, ma anche, per una attendibile, congrua e condivisa applicazione dei meccanismi di incentivazione dell energia elettrica da essi prodotta. Situazione industriale del prodotto dell attività In materia di utilizzo delle biomasse ai fini della generazione di energia elettrica o della cogenerazione di energia elettrica e calore, l impegno RSE nel contesto delle attività di RdS ha avuto inizio nel 2009 con un progetto triennale centrato sui seguenti temi: messa a punto di un sistema di monitoraggio della corrosione in impianti operanti in co-combustione carbone-biomasse/css (Combustibili Solidi Secondari); contributo alla normazione di metodi per la determinazione del contenuto di energia rinnovabile generata negli impianti ibridi che utilizzano biomasse per la produzione di energia elettrica; sperimentazione di sistemi innovativi di generazione, adatti all integrazione in microreti; sperimentazione dell applicabilità della tecnologia delle Celle a Combustibile operanti ad alta temperatura per la produzione di energia elettrica a partire da biogas generato dal trattamento di biomasse; studio della sostenibilità ambientale dell utilizzo di biomasse, con particolare riguardo alla tematica della filiera corta ; 33 CIL = Consumo Interno Lordo pari alla somma delle varie produzioni nazionali lorde (l'energia misurata all'uscita dei generatori senza sottrarre i consumi per i servizi ausiliari degli impianti) più il saldo degli scambi con l'estero (+importazioni, -esportazioni). Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 197 di 360

198 individuazione sul territorio di realtà che consentano uno sfruttamento energeticamente ed economicamente vantaggioso delle biomasse e promozione di iniziative dimostrative per la realtà locali. Rispetto alle problematiche di corrosione nella co-combustione di biomasse in impianti a carbone, sono state effettuate campagne di monitoraggio in grandi impianti di co-combustione, utilizzando sonde, sviluppate da RSE, per la misura (anche on-line) dello spessore residuo dei provini esposti; inoltre, è stata realizzata una cella innovativa per eseguire prove di fatica oligociclica su materiali posti in ambienti aggressivi nelle condizioni di esercizio tipiche di un ciclo Ultra Super Critico (USC). L importanza di tale tema di ricerca è ben conosciuta a livello tecnico e impiantistico e la sua attualità è anche evidenziata dai finanziamenti della Commissione europea di progetti specifici, tra cui il Progetto DEBCO al quale ha partecipato RSE. Nel Progetto sono state condotte attività di dimostrazione su grandi impianti di diversa tecnologia operanti in regime di co-combustione e sono stati considerati tutti gli aspetti riguardanti l intero ciclo di co-combustione, comprendente anche quelli a monte e a valle dell esercizio degli impianti, quali: le catene di approvvigionamento e la caratterizzazione dei biocombustibili solidi, incluso quelli da energy crop a filiera corta; l applicazione di tecniche avanzate di co-combustione in impianti per la produzione di elettricità e calore alimentati sia con lignite che con carbone bituminoso; il monitoraggio delle prestazioni della caldaia (ottimizzazione della combustione, minimizzazione delle emissioni, problematiche di sporcamento e corrosione); il monitoraggio delle prestazioni dei sistemi di filtrazione dei gas in regime di co-combustione (precipitatori elettrostatici, SCR: Selective Catalytic Reduction, filtri a manica); il monitoraggio delle emissioni; le problematiche di riutilizzo dei residui solidi; la valutazione del ruolo della co-combustione nel mercato della produzione sostenibile dell energia, includendo l impatto sia tecnico che socio-economico di tutte le fasi che vanno dall approvvigionamento del combustibile, all esercizio, allo smaltimento/riutilizzo dei residui Nell ambito del Progetto DEBCO, RSE è stata responsabile del monitoraggio della corrosione negli impianti su lungo periodo e della sua analisi. Nel triennio RdS , RSE ha sviluppato un unità ingegnerizzata di un sistema innovativo di monitoraggio della corrosione adatto all esercizio negli impianti per campagne di lungo periodo. Tale strumentazione è stata installata nella Centrale ENEL di Fusina per l effettuazione di monitoraggi sui materiali convenzionali, sia nelle condizioni di esercizio corrente, sia simulando l esercizio in regime USC. Sul fronte dei sistemi di generazione di piccola taglia, l attività pregressa è stata incentrata sul miglioramento dell efficienza di conversione elettrica degli impianti. In particolare, l attività ha riguardato impianti costituiti da turbogas di potenza compresa tra i 200 kwe e i 5 MWe e muniti di un combustore esterno a biomassa solida per il preriscaldamento dell aria alimento del combustore del turbogas, concentrando l attenzione su sistemi basati su microturbine a gas dotate di un combustore esterno. Tali soluzioni impiantistiche hanno permesso di verificare un incremento del rendimento elettrico di questi sistemi, dalle classiche efficienze attorno al % fino a rendimenti prossimi al 30 % con l alimentazione a gas-biomassa. Nella direzione di un miglioramento dell efficienza di conversione elettrica di impianti alimentati a biomassa, si collocano le sperimentazioni relative all utilizzo di biogas per l alimentazione di celle a combustibile ad alta temperatura (monocelle a carbonati fusi) con miscele di gas anodici simulanti il biogas riformato; studi i cui esiti sono stati trasferiti in campo, presso il Centro Biotrattamenti di ETRA SpA a Camposampiero (PD), mediante l installazione e l esercizio di un prototipo a cella combustibile alimentata a biogas (comprende uno stadio di desolforazione biologica, uno stadio di riforma e l invio del gas al comparto anodico di uno stack di celle a combustibile del tipo HT-PEM). Sul fronte del combustibile, sono da menzionare gli studi RSE mirati al miglioramento della qualità di scarti e sottoprodotti dell industria agroalimentare (di larga produzione e basso costo di mercato) mediante Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 198 di 360

199 l applicazione, a monte dell utilizzo energetico, di processi di pre-trattamento chimico-fisico e termico, quali la torrefazione e la lisciviazione preventiva con acqua, al fine di rendere i residui compatibili all utilizzo in processi di co-combustione e/o di ridurne il contenuto di ceneri. In tale contesto, sono state selezionate alcune tipologie di biomassa residuale (vinacce, sanse, nocciolino di sansa, pastazzo d agrumi, paglia di frumento, paglia di riso, stocchi di mais, potature di vite ed olivo, panello di girasole), e caratterizzate in termini chimico-fisici, termogravimetrici e meccanici al fine di definirne un reale e proficuo utilizzo energetico. Sul fronte della sostenibilità ambientale delle filiere biomassa-energia, in collaborazione con il consorzio TCVVV (Teleriscaldamento Cogenerazione Valtellina Valchiavenna Valcamonica SpA) che gestisce la rete di teleriscaldamento nel comune di Sondalo (SO), è stato svolto uno studio di fattibilità per un impianto a recupero di tipo innovativo da installare nella centrale, costituita da 2 caldaie della potenza nominale di 5 MW alimentate a cippato proveniente dalla gestione boschiva del territorio limitrofo. Il progetto ha riguardato l installazione di un generatore ORC (Organic Rankine Cycle) che sfrutta parte del calore disponibile dal raffreddamento dei fumi. Lo scambio di calore tra i fumi di combustione della caldaia e il fluido di lavoro ORC avviene direttamente in un unico scambiatore evitando l impiego di fluidi termovettori intermedi che possono penalizzare l efficienza del sistema. Studi mirati sono stati poi sviluppati in merito al potenziale di biomassa complessivamente e realisticamente disponibile per usi energetici ed al suo livello e tipologia di sfruttamento attuale in ambiti territoriali afferenti all area padana e a quella appenninica, attraverso la caratterizzazione della filiera energetica, degli accoppiamenti tra filiere di conversione energetica e tipologia di biomassa, dello stato di diffusione degli impianti sul territorio e delle potenzialità di espansione. E stato anche affrontato il problema dell impatto sulla qualità dell aria della combustione di biomasse, soprattutto in termini di emissione di particolato fine primario e di composti organici da combustione parziale, attraverso la definizione di scenari specifici di diffusione territoriale di impianti a biomasse nell area padana, ai quali sono state applicate simulazioni modellistiche per quantificare le ricadute ambientali. Sul tema dell incentivazione dell energia elettrica rinnovabile prodotta da biomasse, in particolare quando solo parzialmente biodegradabili (impianti ibridi), RSE ha attivamente contribuito, sotto il profilo tecnico-scientifico, alla definizione di strumenti per la sua quantificazione, quali in particolare: la norma tecnica UNI inerente il metodo di misura del 14 C alle emissioni; l implementazione di un codice modellistico (OBAMA) basato sul bilancio di massa ed energia d impianto utilizzabile direttamente da Operatori del settore. RSE è stata attiva in ambito pre-normativo e normativo, fornendo un supporto agli organismi di normazione, nazionali (CTI) ed internazionali (ISO TC146 SC1 Stationary Source Emission; CEN TC343 Solid recovered Fuels). Inoltre, nell ambito della partecipazione all Implementing Agreement IEA Bioenergy, Task 36 Integrating Energy Recovery into Solid Waste Management, RSE ha curato uno specifico Topic sulle metodologie di quantificazione della frazione di energia elettrica rinnovabile, prodotta con l utilizzo di combustibili ibridi, quali rifiuti urbani (RU) e CSS. Focalizzando l attenzione, ove possibile, sul passaggio da una fase di studio ad una di trasferimento applicativo (realizzazione di Test Facilities, strumentazione di misura e/o impianti pilota e loro utilizzo/validazione in collaborazione con stakeholder), si valuta opportuno e necessario promuovere in particolare tra le tematiche sopra indicate, quelle attinenti: la sostenibilità delle filiere di produzione di energia elettrica da biomasse e gli strumenti per la sua valutazione e certificazione, in considerazione della valenza che questo aspetto assume ai fini dell analisi e della pianificazione del sistema energetico territoriale e del ruolo e peso all interno di questo della fonte rinnovabile biomasse, ma anche in termini di: - accettabilità sociale dell utilizzo energetico di tali fonti energetiche e, non ultimo, della loro incentivazione come per lo specifico delle biomasse da filiera e dei bioliquidi (applicazione delle metodologie LCA: Life Cycle Assessment) e dei costi esterni a filiere di interesse nazionale; Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 199 di 360

200 - analisi di sistemi disponibili per la certificazione della sostenibilità delle biomasse; - fruibilità e potenzialità ad uso energetico di specifiche categorie di biomasse vegetali); la fruibilità e valorizzabilità energetica, in impianti di combustione biomasse e, in particolare, di cocombustione di queste con carbone, di biomasse vegetali residuali che, se utilizzate come tali, presentano problemi operativi in termini di stoccabilità, trasportabilità, miscibilità con carbone oltre che di elevata umidità e bassa densità energetica (pre-trattamento della biomassa mediante processo di torrefazione: test sperimentali; studio e progettazione di una soluzione tecnologica); lo sfruttamento del potenziale energetico intrinseco del biogas (da digestione anaerobica di biomasse ma non solo) anche nella direzione della produzione di biometano, di qualità idonea (abbattimento CO2, H2S) all immissione nella rete nazionale o ad utilizzo per autotrazione (studio, progettazione e realizzazione di impianto pilota di upgrade del biogas a sorbente solido e sua validazione applicativa in collaborazione con stakeholder; verifica sperimentale di un sistema a biofiltro a percolazione in collaborazione con stakeholder); il monitoraggio degli impatti operativi (corrosione) in centrali termoelettriche e termovalorizzatori (impianti WtE: Waste to Energy), alimentati con rifiuti, in considerazione della rilevanza operativa ed economica che tale aspetto ha sull esercizio degli impianti stessi (verifica delle prestazioni in collaborazione con stakeholder e ottimazione di sonde di diverso genere per il monitoraggio della corrosione); il contenimento delle emissioni inquinanti in impianti di combustione e termovalorizzatori (impianti WtE) alimentati con rifiuti e/o biomasse (studio e progettazione di soluzioni innovative per l abbattimento in particolare di NO x e particolato); la verifica sperimentale/intercomparison/validazione di metodi, oggetto di normazione in ambito nazionale e internazionale, per la misura degli impatti ambientali di impianti di combustione a biomasse e termovalorizzatori (metodi di misura inquinanti alle emissioni) e, soprattutto, (metodo 14C alle emissioni) per la quantificazione della frazione rinnovabile di energia prodotta da combustibili parzialmente biodegradabili ai fini del riconoscimento delle incentivazioni economiche (messa a punto di una test facility e suo utilizzo applicativo per gli scopi sopra indicati in collaborazione con stakeholder); l estensione, in collaborazione con stakeholder, dell applicazione validativa del codice OBAMA ad altre casistiche di impianto WtE e, laddove si renda necessaria, l evoluzione operativa di questo rispetto alla versione derivante dal precedente triennio di ricerca; e non ultima: la partecipazione attiva alle attività, di ambito pre-normativo e normativo, di organismi nazionali e internazionali di normazione (UNI, CTI, CEN, ISO), in considerazione della possibilità di attuare in tali sedi un trasferimento efficace delle conoscenze maturate e data la rilevanza e il peso che la normazione ha nell applicazione pratica di larga parte degli aspetti e delle soluzioni applicative (strumenti/metodi) sopra menzionati. Stato attuale delle tecnologie Con lo Strategic Energy Technology Plan (SET-Plan, Un piano strategico europeo per le tecnologie energetiche ), la Commissione Europea si è mossa nella direzione di una unificazione delle azioni, di strutture di ricerca, imprese e governi ( fare sistema a livello europeo), atte a rendere disponibile energia sostenibile, sicura e competitiva, complessivamente accelerando lo sviluppo e la diffusione di tecnologie di nuova generazione, anche grazie ad un adeguato coordinamento di attività di ricerca e sviluppo, di iniziative industriali, dell aumento degli investimenti, del rafforzamento della cooperazione. Il SET-Plan fissa obiettivi da raggiungere sia su breve-medio (al 2020) che su lungo periodo (al 2050). Entro il 2020, l obiettivo è quello di una riduzione dei consumi di energia del 20 % rispetto alle previsioni tendenziali, una penetrazione delle fonti rinnovabili nel mix energetico del 20 %, e una riduzione delle emissioni di gas serra del 20 % rispetto ai livelli Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 200 di 360

201 Gli strumenti per conseguire questi obiettivi sono identificati nelle tecnologie innovative nel campo delle fonti energetiche fossili, nell efficienza energetica, nelle fonti e tecnologie rinnovabili, nell energia nucleare, nell idrogeno e nelle celle a combustibile. Rispetto alla generazione di energia da biomasse, la considerazione di fondo è che per raggiungere gli obiettivi del SET-Plan e il 10 % di RES nei trasporti al 2020, occorra sviluppare una nuova generazione di tecnologie di conversione, più sostenibili (economicamente, socialmente e ambientalmente), e in grado di fornire una maggiore efficienza di conversione (elettrica). E già attivo un coordinamento tra Istituti di Ricerca Europei (EERA), con l'obiettivo generale di allineare le attività sviluppate presso i vari Istituti aderenti al Programma e dare una base tecnico-scientifica allo sviluppo di tecnologie e processi economicamente competitivi e pienamente sostenibili. Nella sostanza, l uso più efficiente delle risorse dedicate dai Paesi Membri alle attività di R&S può contribuire ad accelerare lo sviluppo della prossima generazione di tecnologie di conversione energetica delle biomasse. Rimane il fatto che lo sviluppo di nuove tecnologie non può ragionevolmente prescindere da un consistente impegno di tempo e di risorse economiche, ovvero quanto necessita per passare dallo stadio di ricerca a quello di applicazione dei risultati di questa su scala pilota prima e dimostrativa poi, per arrivare infine allo step di commercializzazione finale della soluzione tecnologica individuata. Questo vale sia per le tecnologie innovative di conversione (in energia termica, elettrica o in co-generazione), sia per quelle finalizzate all upgrading in senso ampio della risorsa rinnovabile (es. torrefazione, pirolisi, pellettizzazione, upgrading del biogas), cui corrisponde un diverso posizionamento attuale lungo la filiera ricerca-applicazione commerciale, come evidenzia una valutazione prodotta dall International Energy Agency (IEA) nella Technology Roadmap Bioenergy for Heat and Power, nei termini qui richiamati: Per la combustione diretta della biomassa, con ossidazione completa ad alta temperatura, condotta in forni appositi, da sola o con il concorso di altri combustibili (si parla in quest ultimo caso di co-combustione), le tecnologie attualmente utilizzate risultano piuttosto consolidate (griglie fisse o mobile, raffreddata ad aria o acqua a seconda del potere calorifico della biomassa utilizzata); mentre il ricorso a tecnologie più complesse, ma potenzialmente più efficienti in termini di conversione del calore in energia elettrica (es.: letto fluido), risulta poco diffuso. La gassificazione (un processo di ossidazione parziale) e la pirolisi (un trattamento termico effettuato in assenza di qualsiasi agente ossidante) consentono di ottenere combustibili solidi, liquidi oppure gassosi, più puri e di più elevato contenuto energetico rispetto alla fonte di partenza, che possono essere combusti completamente in un successivo passaggio. Piano annuale di realizzazione 2014 pag. 201 di 360

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(B) Finanziamento richiesto dal Cesi (migliaia di euro) Tabella n. 1 (A) Denominazione del progetto (B) Finanziamento richiesto dal Cesi (migliaia di euro) (C) Finanziamento ammesso a carico del Fondo (migliaia di euro) SCENARI (1) 16058 11291 GEN 21 (2) 57610

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