Prospettive e primi esempi in Italia. Politecnico di Milano Dipartimento di Energia

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1 Prospettive e primi esempi in Italia Maurizio Delfanti Politecnico di Milano Dipartimento di Energia

2 Evoluzione/rivoluzione delle reti: perché? Sviluppo iniziale dei sistemi elettrici basato su forme di generazione centralizzata: energia elettrica prodotta in impianti di grande potenza unitaria (centrali elettriche, reti di trasmissione) Sfruttamento di fonti energetiche rinnovabili (FER) diffuse sul territorio reso necessario dalla crescente attenzione per le problematiche ambientali La Generazione Diffusa (GD): si interfaccia con la rete di distribuzione, in media tensione (MT) o in bassa tensione (BT) Le attuali modalità di protezione, controllo, gestione della rete di distribuzione MT/BT non sono in prospettiva adeguate: serve una vera e propria RIVOLUZIONE CONCETTUALE Far evolvere le reti di distribuzione è l unica via per lo sfruttamento reale delle FER SMART GRID 2

3 Impatto della generazione diffusa sulle attuali reti di distribuzione 3 Studio condotto su circa nodi MT reali Campione rappresentativo di circa 8% reti MT Topologia delle reti ricostruita con informazioni relative ad ogni nodo Approccio Hosting Capacity Vincoli considerati: - variazioni rapide di tensione - variazioni lente di tensione (inclusa la c.d.t. ΔU sulla rete BT) - portata nominale (limite termico) - correnti di cortocircuito & sistemi di protezione

4 Regolazione di tensione: limiti violati quando c è inversione di flusso 4 Sulle reti attuali si sono già verificate condizioni di sovratensione: la GD innalza la tensione a valori eccessivi nel punto di connessione, il fenomeno accade quando la GD supera il carico (inversione di flusso)

5 5 Delibera AEEG ARG/elt 25/09: esiste una notevole Hosting Capacity > Allegato A > Allegato 2 100% 95% 90% 85% 80% 75% 70% 65% 60% 55% 50% 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0% Variazioni Limiti di transito rapide limitate al 6% Variazioni rapide limitate al 6% Variazioni Variazioni lente lente di tensione di tensione Variazioni lente di tensione 0,0 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 10,0 0 Percentuale di nodi sul tot to otale Nessun Nessun Nessun vincolo vincolo vincolo violato violato violato Potenza Installabile [MW] ma è davvero sfruttabile senza rischi per la rete e per il sistema? ma è davvero sfruttabile senza rischi per la rete e per il sistema?

6 Inversione di flusso: criticità legate alle protezioni Inversione di flusso: la potenza attiva fluisce dalla rete MT verso la rete AT 6 Criticità legate alle protezioni e all automazione di rete hanno crescente incidenza sulle reti (e sulle linee) in cui il flusso di potenza, per almeno una data percentuale delle ore annue di funzionamento, si inverta. A livello di interfaccia AT/MT (CP): A livello di singola linea MT: possibile degrado delle prestazioni per gli utenti sottesi all intera CP possibile degrado delle prestazioni per gli utenti sottesi alla specifica linea MT

7 Come si comporta oggi la GD: fit & forget, Sistema di Protezione di Interfaccia, Norma CEI I generatori connessi alla rete MT sono dotati di un dispositivo che assicura la disconnessione dell impianto in caso di problemi sulla rete (DDI). Il Sistema di Protezione di Interfaccia (SPI): è un relé che dispone esclusivamente di informazioni di tipo locale. diversi utenti sono soggetti a scatti intempestivi del SPI per guasti esterni per quanto sensibili siano le regolazioni, i il SPI non può distaccare la GD se Pc~Pg in emergenza RTN la GD viene distaccata, aggravando il fenomeno: blackout 2006: persi 2000 MW di GD in rete quanta GD in rete al 2020 siamo disposti a perdere?

8 SMART GRID: a basket with many balls (Carnegie Mellon University) 8 The 'smart grid' is commonly presented as an indispensable part of the future power system. It is claimed that a true liberalized electricity market with a high penetration of distributed generation will only be able to supply a high degree of power reliability if grids are made smart But what exactly is a 'smart grid'? A smart grid is neither a clearly defined single concept nor a single technology. It is like a basket containing various combinations of balls: the context and the interpretation depend upon the user Some of them represent innovations that are still in the development phase while others stand for technologies which have already been applied for years

9 Generazione Diffusa: l impatto prospettico sulle reti 9 Data ICT New protections Negligible impact DG penetration [%]

10 Il contesto normativo europeo: la nuova EN (1/3/2010) 10 La norma che stabilisce i limiti di power quality a livello continentale (nuova EN 50160:2010) contempla le sovratensioni i indotti dalla GD: la tensione MT può salire al 115% dellatensionenominale per l 1% del tempo Agreement on a totally amended EN which includes the needs of Regulation (CEER) But dissens on one chapter, only regarding LV limit to +15% for 1% of time due to DG on LV TC 8X/WG 1 is to start an immediate action for the preparation of an improved clause 4.2.2, keeping in mind Dispersed Generation (target date for vote, , alpha solution approved)

11 Le nuove regole tecniche di connessione alle reti: la GD riceve segnali dal DNO 11 Le Regole Tecniche di Connessione (RTC) sono elaborate dal CEI su impulso dell Autorità per l energia elettrica e il gas Le RTC per reti MT (Norma CEI 0-16; Del. ARG/elt 119/08) hanno introdotto per la prima volta lo scambio di segnali tra DSO e GD La Norma BT in corso di elaborazione (Progetto CEI 1058) e in vigore dal 2011 prevede: novità per il SPI e il DDI protezione massima/minima frequenza e tensione comando di telescatto capacità di ricevere segnali su protocollo serie CEI EN finalizzati a presenza rete dati (cambio taratura) richieste alla GD di servizi di regolazione per la rete regolazione locale di tensione limitazione di potenza attiva erogata

12 Il Sistema di protezione di Interfaccia BT: schema logico e funzionale (Progetto CEI 1058) 12

13 Un esperimento in corso: il progetto Milano Wi-Power reti di energia e reti di comunicazione È necessario esplorare ed implementare i sistemi di comunicazione tra: 13 RELÈ di protezione in CP (relè MASTER) SPI della GD (relè SLAVE) COMUNICAZIONE Nuova logica di comando e regolazione SPI Sistema di comunicazione integro: soglie a minor sensibilità (es Hz) In mancanza di comunicazione: i commutazione soglie con attuale sensibilità Il sistema di comunicazione garantisce la gestione e l affidabilità nel distacco o nel mantenimento in linea della GD: migliora le prestazioni dell intero sistema (non come nei recenti blackout ) SPI AFFIDABILE e CONTROLLABILE

14 Il progetto Milano Wi-Power: sistemi di comunicazione e segnali da scambiare 14 SISTEMI DI COMUNICAZIONE Rete internet: non necessita di supporti dedicati ed è già diffusa sul territorio Reti Wi-Fi e Wi-Max: supporti dedicati, bande libere o proprietarie Sistema PLC: già utilizzato sulla trasmissione Fibra ottica: nuovi sviluppi rete, non utilizzabile nel breve su reti esistenti SEGNALI DA SCAMBIARE TRA CP E GD E TEMPISTICHE Intertrip: comando di scatto del SPI inviato dal relè in CP al SPI della GD a seguito di comando di apertura del relè in CP (centinaia di ms) Keep Alive: senza rete ICT il SPI restringe le soglie di intervento (1 s)

15 Dal progetto Milano Wi-Power alla proposta di A2A per l incentivazione 15

16 Il progetto pilota di A2A per la Delibera ARG/elt 39/10: evoluzione proposta 16 Incremento dell affidabilità del SPI Regolazione innovativa della tensione MT Limitazione/modulazione in emergenza della potenza attiva Monitoraggio/controllo delle iniezioni da GD verso TERNA Funzionamento attivo del lato AT della CP Funzione innovativa: a capacità di produzione residua Comunicazione realizzata mediante rete internet pubblica

17 In conclusione: quale evoluzione delle reti? 17 Per aumentare la quantità di FER serve un maggiore apporto di GD la GD come nuovo driver dello sviluppo delle reti eolico reti AT (in parte MT); fotovoltaico reti MT (in prospettiva BT) Due diverse possibilità di sviluppo Costruire nuove reti / potenziare reti esistenti più rame e ferro: più investimenti in infrastrutture costi/benefici: è realmente vantaggioso per l utente? Rendere più intelligenti ti le reti esistenti: ti investimenti mirati in infrastrutture più ICT avvicinare carico e generazione maggiore coinvolgimento dell utente superare l approccio fit&forget, i generatori DEVONO fornire servizi alla rete

18 GRAZIE PER L ATTENZIONE! Maurizio Delfanti Dipartimento di Energia Politecnico di Milano maurizio.delfanti@polimi.it