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1 Torna al programma Progetto GENDIS: Generazione Distribuita Progetti di ricerca nazionali ed europei C. Bossi Milano, 31 Ottobre 2003

2 Progetto: GENDIS - Generazione Distribuita RdS area tematica: Evoluzione del sistema elettrico Data inizio: Gennaio 2000 Data fine: Agosto 2003 Collaborazioni di ricerca Università di Bologna - Dipartimento di Ingegneria Elettrica Università di Cagliari - Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica Politecnico di Milano - Dipartimento di Elettronica e Informazione Politecnico di Milano - Dipartimento di Ingegneria Elettrotecnica Enel Produzione Ricerca

3 Tematiche della Generazione Distribuita Impianto Centralizzato EFFETTI AMBIENTALI RETE PIANIFICAZIONE VALUTAZIONI ECONOMICHE Cabina AT/MT COMUNICAZIONE COGENERAZIONE RINNOVABILI Utenze AUTOMAZIONE Cabina MT/BT CELLE A COMBUSTIBILE Cabina MT/BT INVERTER ACCUMULO ELETTRICO CONTROLLO MICRO- COGENERAZIONE PROFILI DI CARICO

4 Obiettivi del progetto (1) Dimostrare la fattibilità di impianti di microcogenerazione (microturbina) e di cogenerazione di taglia medio piccola ad elevata efficienza elettrica (cella a combustibile-microturbina). Vai a pag. 6 Individuare le barriere e le incentivazioni alla realizzazione d impianti di GD. Stimare la penetrazione della GD nel sistema elettrico italiano e valutare l impatto ambientale. Vai a pag. 10

5 Obiettivi del progetto (2) Indicare l'impatto della generazione distribuita sulla pianificazione delle reti, sull'esercizio del sistema elettrico e sull'automazione degli impianti. Vai a pag. 12 Valutare le prestazioni, l affidabilità, i sistemi di controllo, i problemi di manutenzione e sicurezza dei sistemi di accumulo elettrico di tipo avanzato. Vai a pag. 15

6 Micro-cogenerazione e controllo Realizzato un impianto cogenerativo con microturbina a gas connessa alla rete elettrica BT della test facility di GD in grado di fornire acqua calda alla mensa aziendale. Realizzato il Sistema di Supervisione e Controllo per la gestione completamente automatizzata di un impianto ibrido MCFC-microturbina: studio e progetto delle funzioni di controllo (automazione, regolazione, protezione) in condizioni di normale funzionamento e di emergenza modello matematico dell impianto.

7 Simulatore d impianti MCFC-MT Esempi di di schemi di di regolazione implementati nel simulatore Lego PC PC con Matlab-Simulink

8 Ibrido SOFC/MT PH 300 SOFC kw kw Microturbina: Turbec T100 modificata Prestazioni raggiunte al giugno 2003 Potenza elettrica immessa in rete: 188 kw Rendimento elettrico 45,6% Fase di montaggio dell impianto SOFC MT a Pittsburgh presso Siemens Westinghouse Rendimento termico 20,1

9 Celle a combustibile PEM Sperimentazione di laboratorio di uno stack PEM da 5 kw, a pressione atmosferica, finalizzata ad acquisire dati sulla gestione di un modulo PEM alimentato direttamente con idrogeno in differenti condizioni operative. Obiettivi del progetto (1) pag. 4

10 Modello economico d impianti di cogenerazione STIMA DELL' INVESTIMENTO IMPIANTO DI COGENERAZIONE Turbogas 7 MW elettrici componentistica specifica % 55 package turbina a gas 38,4 caldaia a recupero 6,0 compressore del gas 3,8 sistema monit. continuo emissioni 2,6 distributed control system 1,3 componenti trasmissione tensione 2,6 componenti generatore tensione 0,4 componentistica generale 5 pompe 1,3 serbatoi 1,9 scambiatori calore ausiliari 0,5 componenti di bassa tensione 0,9 strumentazione di impianto 0,4 altro 0,3 opere civili 4 scavi e riempimenti 2,2 cemento 1,9 strade, parcheggi, camminamenti 0,4 opere meccaniche 8 trasporto in sito 0,6 erezione ed assemblaggio 1,9 piping e acciaio 5,1 opere elettriche 4 wiring, assemblaggio 3,8 edifici e strutture 3 sala macchine 1,9 altri (guardiola, deposito, ecc.) 0,6 Totale di "hard costs" 79 ingegneria e startup 5 soft cost per il contractor 11 mano d'opera, attrezzatura contingente 2,6 margine 5,4 permessi, tasse, licenze 0,6 contractor's fee 2,6 soft costs per il proprietario 5 permessi, tasse, licenze 1,9 costi legali & finanziari 1,9 amministrazione progetto, tassa per lo sviluppatore 1,0 TOTALE 100

11 Valutazioni ambientali Indice di valutazione Obiettivi del progetto (1) pag. 4

12 Impatto sulla rete Pianificazione delle reti MT attive Impatto di elevati livelli di penetrazione di GD: sistemi di protezione, regolazione di tensione, correnti di corto circuito, profili di tensione, stabilità, ecc. Analisi di strutture di rete non convenzionali con GD. Valutazioni sui sistemi di automazione di cabina e di protezione delle reti elettriche in presenza di GD e individuazione delle criticità del sistema di protezione e controllo di reti MT e BT.

13 Pianificazione delle Reti di Distribuzione Attive L applicativo PREDA individua la la configurazione ottimale (topologia, sezioni conduttori, automatismi) a costo minimo, su su un un orizzonte temporale di di medio-lungo termine (es. (es anni), di di una una rete rete MT MT di di grandi dimensioni secondo strutture convenzionali a congiungenti in in presenza di di GD GD nota nota come taglia e nodo di di allacciamento. Rete MT con 21 cabine MT/BT Pianificazione a 20 anni Tasso di crescita del carico 3% annuo 3 impianti di GD: 320, 290, 290 kva Senza GD Con GD certa Con GD aleatoria Caso 1 Caso 2 Caso 3 Costo degli investimenti k k k Costo delle perdite k k k Costo totale k k k

14 Localizzazione Ottimale della Generazione Distribuita Rete MT con 145 cabine MT/BT Pianificazione a 20 anni Tasso di crescita del carico 3% annuo Taglie GD: 100, 200, 300 kva Senza GD Costi degli investimenti k k Costi delle perdite k k Costo dell energia da k k T&D Costo dell energia da GD k Il livello di penetrazione ottimale della GD è risultato circa il 22% del carico totale. Si rileva che allocando la GD nei siti individuati come ottimali si ottiene un considerevole beneficio economico a causa della contemporanea riduzione delle perdite e dei costi degli investimenti. L ottimizzazione delle taglie contribuisce alla riduzione dei costi. Con GD Costo totale k k A parità di livello di penetrazione la localizzazione non ottimale di GD sulla rete comporta un aumento complessivo dei costi. Obiettivi del progetto (2) pag. 5

15 Torna al programma Sistemi di accumulo elettrico Sperimentazione di un sistema di accumulo con batteria redox al Vanadio (VRB) inserita in un sistema per peak-shaving. Scarica a fondo con potenza costante 45 kw V batteria (V) - Potenza (kw) V batteria Potenza Corrente Corrente (A) Tempo (h.mm.ss) Batteria Redox 42 kw 84 kwh Obiettivi del progetto (2) pag. 5

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