Le reti elettriche trifasi e la loro regolazione

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1 Il sistema elettrico europeo, il Mercato Elettrico Italiano (Italian Power Exchange - IPEX) e i sistemi di controllo che ne permettono il funzionamento

2 Le reti elettriche trifasi e la loro regolazione Divisione Generazione, Energy Management e Mercato Uso Pubblico 2

3 Il sistema elettrico europeo Le reti elettriche a corrente alternata trifase I parametri che caratterizzano la qualità dell energia elettrica in una rete elettrica a corrente alternata trifase sono (in AT): La tensione (± 10% del valore nominale) La frequenza (± 0,1 Hz rispetto al valore nominale di 50 Hz) Divisione Generazione Energy Management e Mercato Uso pubblico 3

4 Il sistema elettrico europeo La regolazione di frequenza/potenza La regolazione di frequenza è strettamente connessa all equilibrio fra potenza generata e potenza richiesta dagli utilizzatori. La rete elettrica è infatti un sistema che deve costantemente equilibrare immissione e prelievo di energia in quanto non è in grado di accumularla se non in minima quantità (essenzialmente sotto forma di inerzia delle macchine rotanti collegate alla rete) La regolazione di frequenza avviene a tre livelli: Regolazione primaria di velocità/frequenza Regolazione secondaria Regolazione terziaria Divisione Generazione Energy Management e Mercato Uso pubblico 4

5 Il sistema elettrico europeo Il diagramma di carico Divisione Generazione Energy Management e Mercato Uso pubblico 5

6 Il sistema elettrico europeo La regolazione di primaria frequenza/potenza 1/2 La regolazione primaria di frequenza avviene tramite la regolazione di velocità degli alternatori (macchine sincrone). Lo squilibrio fra immissione e prelievo determina l accelerazione o il rallentamento delle macchine con conseguente variazione di frequenza, rilevabile in ogni punto della rete. Ogni generatore connesso alla rete è quindi in grado di determinare autonomamente la necessità di incrementare o diminuire la potenza prodotta rispetto al piano di produzione previsto (detto Piano Vincolante PV). La regolazione primaria di frequenza è un obbligo per tutti i generatori sincroni di potenza > 10 MVA. Divisione Generazione Energy Management e Mercato Uso pubblico 6

7 Il sistema elettrico europeo La regolazione di primaria frequenza/potenza 2/2 La regolazione primaria di frequenza non azzera l errore di frequenza. Ogni generatore in servizio deve mettere a disposizione una banda di regolazione e risponde a variazioni di frequenza proporzionalmente alla sua potenza sulla base dello statismo impostato sul regolatore: S = ( f/f n )/( P/P n ) La somma delle bande di regolazione di tutti i generatori in servizio costituisce la banda di regolazione primaria del sistema e deve far fronte nel giro di pochi secondi a tutte le variazioni di potenza naturali e/o accidentali del sistema elettrico, garantendone la sicurezza. Divisione Generazione Energy Management e Mercato Uso pubblico 7

8 Il sistema elettrico europeo La regolazione di secondaria frequenza/potenza La regolazione secondaria di frequenza è svolta da un unico regolatore, centralizzato a livello di intero sistema, che invia un segnale ai generatori che hanno reso disponibile una banda di regolazione secondaria. Lo scopo di tale regolazione è duplice: azzerare l errore di frequenza ristabilire il corretto scambio internazionale di energia Tale regolazione ha tempi di risposta più lenti della regolazione primaria e non è strettamente legata alla sicurezza del sistema elettrico, quanto piuttosto alla qualità del suo esercizio. Divisione Generazione Energy Management e Mercato Uso pubblico 8

9 Il sistema elettrico europeo La regolazione di terziaria frequenza/potenza La regolazione terziaria di frequenza è gestita manualmente e consiste in modifiche in tempo reale ai Piani Vincolanti (PV) finalizzate essenzialmente a ripristinare opportune bande di regolazione primaria e secondaria nel sistema. Le modifiche ai PV possono configurarsi sia come modifiche ai programmi di generatori già in servizio, sia come avviamenti/arresti di generatori. Divisione Generazione Energy Management e Mercato Uso pubblico 9

10 Il sistema elettrico europeo Il dimensionamento dei sistemi elettrici Il sistema elettrico a differenza di molti altri sistemi infrastrutturali è dimensionato sul massimo carico, non su carico medio come per altri sistemi (es. trasporti, comunicazioni). L energia elettrica è considerato un bene primario da garantire in termini di: affidabilità disponibilità sicurezza Divisione Generazione Energy Management e Mercato Uso pubblico 10

11 Il sistema elettrico europeo Nuovi problemi legati all esercizio dei sistemi elettrici La diffusione delle Fonti Rinnovabili Non Programmabili (FRNP in particolar modo eolico e fotovoltaico) per la produzione di energia elettrica sta rendendo in tutta Europa più critica la regolazione di potenza/frequenza, per la forte imprevedibilità e variabilità di tali fonti. Per gestire la regolazione, l eventuale accumulo e l inversione dei flussi sulle reti elettriche si stanno sviluppando le Smart Grids, che costituiscono un promettente e probabile ambito di sviluppo per il futuro. Divisione Generazione Energy Management e Mercato Uso pubblico 11

12 Il mercato elettrico in Italia Divisione Generazione, Energy Management e Mercato Uso Pubblico 12

13 Il sistema elettrico europeo Il mercato elettrico in Italia I soggetti coinvolti REGOLATORE: Autorità per l Energia Elettrica ed il Gas (AEEG) Transmission System Operator (TSO): Terna Distributori (DSOs): Enel Distribuzione, Aziende municipalizzate (Acea, A2A, Iren, ecc.) Produttori: Enel Produzione, Enel Green Power, Edison, Edipower, A2A, Tirreno Power, Enipower, Sorgenia, Acea, Iren, E-On, ecc. Trader, venditori su mercato libero: Enel Energia, Edison, A2A Energia, Acea Energia, Sorgenia, Iren Mercato, ecc. Venditori su servizio di maggior tutela: Enel Servizio Elettrico, A2A Energia, Acea Energia, Iren Mercato, ecc. Acquirente Unico Gestore del Mercato Elettrico (GME) Divisione Generazione Energy Management e Mercato Uso pubblico 13

14 Il sistema elettrico europeo Il mercato elettrico in Italia - Schema Italian Power EXchange (IPEX) Fonte: GME Divisione Generazione Energy Management e Mercato Uso pubblico 14

15 Il sistema elettrico europeo Il mercato elettrico in Italia Tipologie di mercati Fonte: GME Divisione Generazione Energy Management e Mercato Uso pubblico 15

16 Il sistema elettrico europeo Il mercato elettrico in Italia Regole remunerazione MGP MI MSD ex-ante MB PV Fonte: GME Divisione Generazione Energy Management e Mercato Uso pubblico PVM 16

17 Il sistema elettrico europeo Il mercato elettrico in Italia Il prezzo marginale Fonte: GME Divisione Generazione Energy Management e Mercato Uso pubblico 17

18 Il sistema elettrico europeo Il mercato dei servizi in Italia Regolazione di frequenza Remunerazione della regolazione di frequenza Regolazione primaria: servizio obbligatorio, remunerazione con meccanismo ad adesione volontaria Regolazione secondaria: remunerazione su MSD con pay-as-bid per copertura banda necessaria Regolazione terziaria: remunerazione su MB con pay-as-bid su richiesta di Ordini di bilanciamento (OdB) in tempo reale Divisione Generazione Energy Management e Mercato Uso pubblico 18

19 Il sistema elettrico europeo Il mercato elettrico in Italia Zone di mercato Fonte: GME Divisione Generazione Energy Management e Mercato Uso pubblico 19

20 Il sistema elettrico europeo Divisione Generazione, Energy Management e Mercato Uso Pubblico 20

21 Il sistema elettrico europeo La rete europea La rete elettrica europea di trasmissione è un infrastruttura completamente interconnessa dal punto di vista fisico. La gestione, ad oggi, avviene ancora per porzioni di rete. Anche se l obiettivo dell Unione Europea è arrivare ad avere un mercato unico dell energia elettrica nell intero territorio dell unione. Divisione Generazione Energy Management e Mercato Uso pubblico 21

22 Il sistema elettrico europeo Il mercato europeo dell energia Divisione Generazione Energy Management e Mercato Uso pubblico 22

23 Il sistema elettrico europeo Gli enti sovranazionali Unione Europea Commissione Europea ACER: Agency for the Cooperation of Energy Regulators CEER: Council of European Energy Regulators ENTSO-E: European Network of Transmission System Operators for Electricity IEC: International Electrotechnical Commission Divisione Generazione Energy Management e Mercato Uso pubblico 23

24 Fine prima parte Divisione Generazione, Energy Management e Mercato Uso Pubblico 24

25 I principi di un sistema SCADA (Supervisory, Control and Data Acquisition) e di un EMS (Energy Management System) Divisione Generazione, Energy Management e Mercato Uso Pubblico 25

26 SCADA - EMS. Industrial Control System.. ICS ICS ICS. Power Plants Renewable GENCO RTU Convetional GENCO RTU Distribution Company RTU Transport Company RTU EMS TSO/ISO Control Center TLC operator Data Network GENCOs Control Center DSOs Control Center SCADA SCADA Power Company remote sites Divisione Generazione, Energy Management e Mercato Uso Pubblico 26

27 SCADA - EMS Funzioni SCADA Acquisizione dati Presentazione dati Controllo impianti Storicizzazione Correlazione Play Back... Funzioni EMS Regolazione f/p Q/V Stima dello stato Automa (ACG,...) Simulazione... Divisione Generazione, Energy Management e Mercato Uso Pubblico 27

28 Il modello IEC Divisione Generazione, Energy Management e Mercato Uso Pubblico 28

29 Il sistema elettrico Italiano ed Europeo è una infrastruttura critica, relazione tra sistema elettrico ed il suo sistema di controllo Divisione Generazione, Energy Management e Mercato Uso Pubblico 29

30 Sistema Elettrico & Sistema di controllo Direttiva 2008/114/CE del Consiglio, dell 8 dicembre 2008, relativa all individuazione e alla designazione delle infrastrutture critiche europee e alla valutazione della necessità di migliorarne la protezione. Infrastruttura critica : un elemento, un sistema o parte di questo ubicato negli Stati membri che è essenziale per il mantenimento delle funzioni vitali della società, della salute, della sicurezza e del benessere economico e sociale dei cittadini ed il cui danneggiamento o la cui distruzione avrebbe un impatto significativo in uno Stato membro a causa dell impossibilità di mantenere tali funzioni. Divisione Generazione, Energy Management e Mercato Uso Pubblico 30

31 Sistema Elettrico & Sistema di controllo Divisione Generazione, Energy Management e Mercato Uso Pubblico 31

32 Sistema Elettrico & Sistema di controllo Sistemi elettrici di potenza interconnessi e interoperabili Sistema elettrico di potenza sicuro Infrastrutture di automazione e telecontrollo interconnesse e interoperabili Protocolli Standard Famiglie IEC Protocolli messi in sicurezza (IEC parti 3, 4, 5, 6) Infrastruttura ICT monitorata (IEC parte 7 - NSM) Accessi all infrastruttura controllati (IEC parte 8 RBAC). Divisione Generazione, Energy Management e Mercato Uso Pubblico 32

33 Struttura di un sistema di controllo per una infrastruttura critica Divisione Generazione, Energy Management e Mercato Uso Pubblico 33

34 . Industrial Control System.. ICS ICS ICS. SCADA EMS critici Power EMS Plants TSO/ISO Renewable GENCO RTU Convetional GENCO RTU Distribution Company RTU Transport Company Control Center Control Center TLC operator Data Network SCADA RTU Control Center SCADA Power Company remote sites Divisione Generazione, Energy Management e Mercato Uso Pubblico 34

35 SCADA EMS critici Sicurezza Fisica Controllo accessi Video sorveglianza... Sicurezza Logica Role Based Access Control Segmentazione logica (fw) Change Management Anti virus/malware Risk monitoring Network Discovery Vulnerability Assessment Divisione Generazione, Energy Management e Mercato Uso Pubblico 35

36 SCADA EMS critici La sicurezza informatica nasce da un ciclo di miglioramento continuo, con il pieno coinvolgimento delle Business lines e delle altre funzioni aziendali per l identificazione, la qualificazione dei Rischi e progettazione e attuazione delle contromisure. Il modello proposto intende perseguire il miglioramento continuo attraverso il contributo attivo delle diverse funzioni aziendali, ciò comprende attività per: La costante misura (Audit) della completezza e dello stato di attuazione dei controlli di sicurezza L identificazione e la qualificazione e la gestione dei Rischi (Assessment) La definizione delle nuove politiche per l attuazione della sicurezza, da cui derivano l aggiornamento dei controlli (Policy) L attuazione (Deployment) dei nuovi controlli La formazione in modo da rendere realmente efficace l attuazione consapevole dei controlli di sicurezza (Training) Divisione Generazione, Energy Management e Mercato Uso Pubblico 36

37 Un compromesso utile e possibile Infrastruttura critica Sicura, ma non troppo segregata interconnessa Comoda, ma pericolosa segmentata e controllata Sicura e efficace Divisione Generazione, Energy Management e Mercato Uso Pubblico 37

38 Fine Grazie per la vostra attenzione Andrea Poggi Federico Bellio Divisione Generazione, Energy Management e Mercato Uso Pubblico 38