UNITÀ OPERATIVA DI BARI

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1 UNITÀ OPERATIVA DI BARI RESPONSABILE SCIENTIFICO: PROF. PASQUALE PUGLIESE DIPARTIMENTO DI ELETTROTECNICA ED ELETTRONICA POLITECNICO DI BARI VIA ORABONA BARI TELEFONO FAX PRODUZIONE DELL ENERGIA ELETTRICA Generazione solare a concentrazione La generazione di energia elettrica da impianti solari termici a concentrazione (concentrating solar power, CSP) rappresenta una promettente prospettiva per la copertura degli obiettivi nazionali della produzione da Fonti Rinnovabili, nonché per la diffusione di impianti cogenerativi in prossimità anche di piccole utenze. Lo studio rientra nell ambito di un progetto di ricerca finanziato MIUR (progetto SOLAR), ed in particolare sono state analizzate le prestazioni di un impianto CSP di taglia 100 kw, con nanofluido come fluido di captazione, che genera energia mediante ciclo Rankine a fluidi organici (ORC). In particolare, in [BARI.1] sono state analizzate le potenzialità di un impianto con movimentazione nord-sud ad asse orizzontale, mentre in [BARI.2] è stato considerato il confronto con un impianto con movimentazione nord-sud ad asse inclinato. [BARI.1] M. Dicorato, G. Forte, P. Pugliese, M. Trovato, V. Pulito, Analisi delle potenzialità di un sistema solare termodinamico per la produzione di energia elettrica e termica, Atti del Congresso Nazionale AEIT 2009, Settembre 2009, Catania, Italia [BARI.2] M. Dicorato, G. Forte, M. Pisani, E. De Tuglie, One-axis tracking optimization of Concentrating Solar Power for electricity production, Proc. of UPEC th International Universities Power Engineering Conference, Cardiff (Wales, UK), 31st August 3rd September 2010 Impianti eolici offshore In quest ambito, sono stati analizzati vari aspetti che si incontrano in fase realizzativa e durante la vita operativa di impianti eolici in mare. In particolare, in Errore. L'origine riferimento non è stata trovata., è stata effettuata una raccolta di dati per l attestazione dei costi di installazione di impianti eolici in mare, con collegamento in corrente alternata, ed è stata valutata la convenienza di varie disposizioni e livelli di connessione al variare della potenza installata. In [BARI.4] sono state analizzate le limitazioni all esercizio in termini di valori di tensione e potenza reattiva scambiata presenti in varie normative europee. È stato proposto un sistema per la determinazione della gestione di tali impianti al variare delle condizioni operative, con l obiettivo di realizzare un efficace controllo della tensione all interno dell impianto e dell energia reattiva scambiata con la rete, sfruttando principalmente i dispositivi di regolazione già presenti negli impianti. In [BARI.5], sono stati effettuati studi di stabilità alle piccole e grandi perturbazioni di un impianto eolico offshore equipaggiato con generatori sincroni a magneti permanenti. Il comportame nto dinamico dei generatori a magneti permanenti è stato descritto con opportuni modelli matematici, che risultano stabili in presenza di perturbazioni. Pagina 1 di 7

2 [BARI.3] M. Dicorato, G. Forte, M. Pisani, M. Trovato Guidelines for assessment of investment cos t for offshore wind generation, Renewable Energy 36 (2011) [BARI.4] M. Dicorato, G. Forte, M. Trovato, Control strategy for regulating reactive power exchange in offshore wind farm, Proc. of ISIE 2010 International Symposium on Industrial Electronics, Bari (Italy), 4th 7th July 2010, ISBN , pp [BA RI.5] M. Dicorato, G. Forte, M. Pisani, M. Trovato, Stability analysis of off-shore wind farms with permanentmagnet generators, Proc. Of SEEP th International Conference on Sustainable on Sustainable Energy and Environmental Protection, Bari (Italy), 29th June 2nd July Sicurezza delle infrastrutture energetiche Un ulteriore filone seguito dall Unità di Ricerca è relativo alla sicurezza legata al rischio incendio ed esplosione delle infrastrutture energetiche. In particolare, in collaborazione con il Centro di Ricerca ENEA Trisaia è stato analizzato un processo che vede l accoppiamento diretto di un impianto di gassificazione di biomasse di potenza pari a 500kWt, con una cella a combustibile a carbonati fusi per la produzione di energia elettrica di potenza pari a 125 kwe. [BARI.6] G. Braccio, G. Fiorenza, M. La Scala, S. Lamonaca, F. A. Marraffa, A. Molino, M.T. Petrone, G. Rotondo, U. Stecchi Procedura per la classificazione delle aree a rischio esplosione in presenza di syngas con alte concentrazioni di idrogeno in un impianto di gassificazione a biomasse accoppiato con un impianto a celle a combustibile a carbonati fusi, Convegno Nazionale Sicurezza dei sistemi complessi Politecnico di Bari 14-16/10/ TRASMISSIONE E MERCATO DELL ENERGIA ELETTRICA Sistemi di accumulo accoppiati ad impianti eolici Nell ambito della struttura del mercato elettrico italiano, agli impianti a fonti rinnovabili di potenza rilevante sono richieste maggiori capacità di regolazione e programmazione. In particolare, tutti gli impianti a fonti non programmabili di potenza rilevante devono comunicare piani di produzione orari, rispetto ai quali sono posti penalità ed incentivi. In quest ambito, è stata messa a punto una procedura per analizzare l integrazione di impianti eolici con sistemi di accumulo elettrochimico capaci di ridurre gli errori su base oraria, in modo da rispettare i piani di produzione ed anche di adattare i profili di produzione ai segnali di prezzo provenienti dal mercato elettrico. [BARI.7] M. Dicorato, G. Forte, M. Trovato, Sistemi di accumulo per la gestione degli impianti eolici, accettato per la pubblicazione sulla Rivista AEIT [BARI.8] M. Dicorato, G. Forte, M. Pisani, M. Trovato, Planning and operating combined wind-storage system in electricity market, inviato per pubblicazione ad IEEE Transactions on Sustainable Energy. Simulazioni di mercato alla frontiera italiana All interno di un contratto di ricerca siglato con Terna S.p.A., sono stati condotti studi di mercato estesi su alcune nazioni dell Europa centro-meridionale. In particolare, è stata simulata una situazione di scenario al 2020, ed il modello utilizzato è un mercato zonale con market splitting, Pagina 2 di 7

3 risolto per un intero anno di esercizio. Si è supposto che la domanda fosse inelastica e che i generatori sottoponessero offerte pari ai costi marginali operativi, inclusi quelli per l acquisto dei diritti di emissione. In questo modo sono stati individuati gli scambi transnazionali maggiormente saturati, effettuando studi di sensibilità sulla formazione dei prezzi nazionali. Metodologie avanzate di controllo e monitoraggio delle smart grids In [BARI.9] è stata presentata una possibile applicazione dei sistemi di misura wide-area (WAMS) e dei dispositivi PMU (phasor measurement units). La metodologia proposta è finalizzata all aggiornamento, in tempo reale esteso o comunque nell arco temporale della power system operation, del database statico che consente la rappresentazione dinamica del sistema. L aggiornamento può essere eseguito in presenza di rilevanti scostamenti tra modello e misure, ed è basato sull acquisizione di set di misure opportunamente sincronizzate che permettano d i rappresentare delle traiettorie del sistema in seguito a delle perturbazioni o cambi di stato e topologia. In [BARI.10][BARI.11] è stata approfondita la tematica delle protezioni adattative (adaptive relaying) e della loro integrazione nelle procedure di controllo della sicurezza dinamica dei sistemi elettrici. In particolare, si è ipotizzato di poter variare in tempo reale le soglie di intervento di prima, seconda e terza zone delle protezioni distanziometriche. L approccio proposto consente di studiare i transitori attesi per un set prescelto di contingenze particolarmente gravose e di impostare la taratura delle protezioni in modo da poter evitare scatti intempestivi dovuti a forti escursioni delle traiettorie del sistema a seguito delle stesse contingenze. Il metodo proposto, per sua natura disaccoppiato e quindi facilmente implementabile su sistemi di calcolo in parallelo, consente di incrementare il livello di resilienza del sistema e di evitare l innesco di eventi a cascata. [BARI.9] S. Bruno, M La Scala, Updating System Representation by Trajectory Acquisition in a Dynamic Security Framework, in G. Anders, A. Vaccaro, Innovations in Power Systems Reliability, Springer Series in Reliability Engineering, ISBN: , Springer, February [BARI.10] S. Bruno, M. De Benedictis, M. La Scala, S. Lamonaca, G. Rotondo, U. Stecchi, Adaptive relaying to balance protection dependability with power system security, IEEE SIBIRCON 2010, July 11-15, 2010, Irkutsk Listvyanka, Russia. [BARI.11] S. Bruno, M. De Benedictis, M. La Scala, G. Rotondo, Balancing Protection Dependability And Security In Large Transmission Grids, abstract accepted for presentation at Cigré International Symposium - The Electric Power System of the Future. Integrating supergrids and microgrids, Bo logna, Italy, September 13-15, 2011 Addestramento degli operatori del sistema elettrico Un altro filone di ricerca seguito dall Unità di Bari è inerente alle metodologie per la valutazione dell addestramento degli operatori dei centri di controllo dei sistemi elettrici di potenza. In particolare si è valutata una metodologia focalizzata sulla logica fuzzy. Tale metodo rappresenta un valido tentativo per addestrare operatori in grado di affrontare con competenza gli eventi che si verificano sulle reti elettriche di potenza. Dallo studio degli eventi di disservizio accorsi alle reti elettriche di potenza si evince che spesso questi sono stati causati da una difficoltà di intervento efficace da parte degli operatori dei centri di Pagina 3 di 7

4 controllo. La metodologia analizzata può rappresentare un utile strumento sia nella fase di valutazione, permettendo di superare le incertezze introdotte dai processi di valutazione, c he di programmazione degli interventi per garantire il miglioramento nel tempo dell addestramento degli operatori dei centri di controllo. La complessità caratterizzante i processi decisionali viene ridotta notevolmente dalla possibilità di utilizzo di software basati sulla logica fuzzy e può contribuire ad incrementare il livello di sicurezza dei sistemi elettrici di potenza. [BARI.12] M. La Scala, M. Bronzini, S. Bruno, M. De Benedictis, S. Lamonaca, G. Rotondo, U. Stecchi, Operator Training Simulator for Power Systems: training evaluation methodologies based on fuzzy logic, IEEE International Symposium on Industrial Electronics (ISIE) 2010, 4-7 July, 2010, Bari, Italy. [BARI.13] A. Bose, S. Bruno, M. De Benedictis, M. La Scala, S. Lamonaca, R. Podmore, G. Roto ndo, U. Stecchi Operator Training Simulator per sistemi elettrici di potenza: metodologie di valutazione dell addestramento mediante logica fuzzy, Convegno Nazionale Sicurezza dei sistemi complessi Politecnico di Bari 14-16/10/ DISTRIBUZIONE DELL ENERGIA ELETTRICA Sistemi di controllo per la gestione ottimale delle reti di distribuzione in cui sono connessi i generatori distribuiti Il processo di liberalizzazione del settore elettrico del nostro Paese, cha ha preso forma nella Direttiva Europea 96/92/CE, ha favorito una notevole diffusione degli impianti di generazione dell energia elettrica, soprattutto da quelli alimentati da fonti rinnovabili, nei sistemi elettrici di potenza. A causa dell aleatorietà con cui questi impianti si presentano sul sistema, la gestione ottimale delle reti, in sede di pianificazione, risulta essere particolarmente difficoltosa. Pertanto, la logica orientata alla semplice connessione della generazione distribuita nei sistemi elettrici deve essere abbandonata in favore di logiche che promuovano una gestione attiva delle fonti presenti in rete, al fine di esercire il sistema in condizioni ottimali. È allora necessario sviluppare nuove metodologie in grado di controllare in modo automatico le risorse atte a fornire servizi ausiliari di rete, come ad esempio quella fotovoltaica In particolare, l attività di ricerca presentata in [BARI.14], si propone di sviluppare un sistema di controllo centralizzato, non lineare, di tipo auto adattativo che, agendo sulla potenza reattiva fornita dagli inverter di connessione dei generatori fotovoltaici, sia in grado di ottimizzare le perdite di rete. Tale strategia di controllo, sviluppata sulla base della teoria della Sensitivity associata alla funzione di Lyapunov, genera una azione di controllo mediante la quale è possibile forzare gli inverter di ogni singolo generatore connesso alla rete, a produrre, in ogni istante di tempo, la quantità di potenza reattiva necessaria per l ottimizzazione della rete. Le leggi di controllo così ottenute, grazie anche alla velocità di risposta delle interfacce elettroniche, consentono al sistema di regolazione di operare in tempo reale, auto-adattandosi a qualunque variazione della condizione operativa del sistema. Il principale svantaggio di tale controllore consiste nella necessità di dover monitorare costantemente ed in tempo reale un gran numero di grandezze elettriche, essenzialmente tutte le potenze e le tensioni ai generatori e ai carichi. Pertanto, in funzione della complessità della rete e della quantità di variabili elettriche da monitorare in tempo reale, l intero sistema potrebbe risultare di difficile realizzazione pratica. Con l intento di ridurre l onere conseguente alla centralizzazione, in [BARI.15] - [BARI.16] è stata proposta una decentralizzazione dell azione di controllo. In particolare, attraverso l utilizzo di modelli equivalenti di rete, opportunamente sviluppati, è Pagina 4 di 7

5 possibile generare l adeguata legge di controllo a partire da misure effettuate esclusivamente in cabina di trasformazione e a livello del generatore a fonte non programmabile. [BARI.14] A. Cagnano, F. Torelli, F. Alfonzetti, E. De Tuglie, Can PV plants provide a reactive power ancillary service? A treat offered by an on-line controller, Renewable Energy (2010), Vol. 36, n.3, March [BARI.15] A. Cagnano, E. De Tuglie, M. Liserre, R. A. Mastromauro, On-line optimal reactive power control strategy of PV-inverters, IEEE Transaction on Industrial and Electronics 2011, DOI: /TIE [BARI.16] A. Cagnano, E. De Tuglie, M. Liserre, R. A. Mastromauro, Il controllo degli impianti fotovoltaici nelle reti di distribuzione, AEIT n. 5, pp , Maggio 2011 Identificazione dei modelli equivalenti delle reti di distribuzione per la valutazione dell impatto della generazione distribuita Con l obiettivo di sviluppare un sistema di controllo che sia in grado di elaborare le leggi di controllo più idonee per ottimizzare il funzionamento della rete, è necessario realizzare un modello equivalente di tipo auto-adattativo. La ricerca effettuata in questo contesto è stata indirizzata a mettere a punto una metodologia di identificazione parametrica, basata sulla teoria di Sensitivity, con cui valutare i parametri del modello equivalente. Questo metodo proposto in [BARI.17] consente di identificare un modello di rete ridotto a partire dalle misure effettuate esclusivamente in cabina di trasformazione e a livello di connessione del generatore a fonte non programmabile. [BARI.17] A. Cagnano, F. Torelli, E. De Tuglie, Dynamic Identification of External Equivalents in Distribution Networks Electric Power Systems Research, Electric Power Systems Research, vol. 81, n.6, pp , June 2011 La regolazione della tensione mediante l uso dei generatori fotovoltaici Lo sviluppo di un sistema di controllo automatico per la regolazione della tensione nelle reti di distribuzione caratterizzate da una elevata penetrazione degli impianti fotovoltaici è stato considerato in [BARI.18], prendendo in considerazione la capacità di tali generatori di fornire il servizio di potenza reattiva. [BARI.18] A. Cagnano, E. De Tuglie, P. Pugliese, F. Torelli, Decentralized voltage control in Distribution Networks: the PV generation opportunity, in 2009 AEIT Convegno Nazionale, Catania (Italia), Settembre 2009 Metodologie avanzate di controllo e monitoraggio delle smart grids Le pubblicazioni [BARI.19]-[BARI.21] si riferiscono ai primi risultati di un progetto sulle Smart Grids, attualmente ancora in corso, sviluppato dall unità di Bari assieme a due aziende locali di distribuzione di energia elettrica (AMET) e gas (AMGAS). Nel corso del progetto sono state sviluppate delle tecniche di ottimizzazione che permettono di integrare nuove funzioni di controllo Pagina 5 di 7

6 delle reti di distribuzione. Un approccio per il controllo del carico, basato sulla idea del contract curtailment e sulla presenza di canali di comunicazione bilaterali nei sistemi di telelettura dei consumi (automatic metering infrastructure), presentato in un precedente lavoro, è stato incluso nelle possibili applicazioni della metodologia sviluppata in [BARI.19] per la risoluzione di un problema di Optimal Power Flow in presenza di forte sbilanciamento e di reti radiali. L approccio è mirato alla integrazione di nuove risorse di controllo (carichi, storage, potenza attiva e reattiva da unità di microgenerazione) all interno del sistema di gestione (distribution management system - DMS) delle reti di distribuzione di energia elettrica. L algoritmo risolutivo è stato implementato su un ambiente simulativo open-source che consente una rappresentazione multifase di tutti i componenti di rete. Questa metodologia è stata applicata alla risoluzione del problema di load control [BARI.19][BARI.21], minimizzazione delle perdite [BARI.19], redispacciamento del reattivo [BARI.19][BARI.20], volt-var optimization [BARI.21], conservative voltage regulation [BARI.20][BARI.21]. In [BARI.21] l approccio, prima testato solo sulla rete IEEE 123 Test Feeders, è stato testato su una rappresentazione dettagliata del sistema di distribuzione AMET, che comprende circa 11 feeder, 1000 nodi, 1000 linee di distribuzione, 500 trasformatori, 100 interruttori telecontrollati. [BARI.19] S. Bruno, S. Lamonaca, G. Rotondo, U. Stecchi, M. La Scala, Unbalanced Three-phase Optimal Power Flow for Smart Grids, under publication on IEEE Transactions on Industrial Electronics, Volume: XX, Issue XX, Digital Object Identifier: /TIE , [BARI.20] M. Bronzini, S.Bruno, M. La Scala, R. Sbrizzai, Coordination of Active and Reactive Distributed Resources in a Smart Grid,accepted for presentation at PowerTech 2011, Trondheim, June, [BARI.21] S. Bruno, M. La Scala, U. Stecchi, Monitoring and Control of a Smart Distribution Network in Extended Real-Time DMS Framework, abstract accepted for presentation at Cigré International Symposium - The Electric Power System of the Future. Integrating supergrids and microgrids, Bo logna, Italy, September 13-15, UTILIZZAZIONE DELL ENERGIA ELETTRICA Distretti energetici, co-trigenerazione e accumulo dell energia L Unità di Ricerca ha condotto studi sui distretti energetici e Power Park. Il lavoro [BARI.22] descrive i benefici legati alla realizzazione di distretti energetici all interno di aree densamente popolate da riqualificare. È stata esaminata una configurazione impiantistica che prevede un impianto di cogenerazione/trigenerazione con una rete di teleriscaldamento/teleraffrescamento. Il gruppo cogenerativo è stato accoppiato ad un impianto di steam reforming per la produzione di idrogeno on-site destinato al rifornimento di una flotta di bus per il trasporto pubblico urbano. In [BARI.23] si sono analizzati differenti scenari sia inerenti la fattibilità tecnico-economica, sia legati ad aspetti ambientali. Inoltre sono stati analizzati anche gli effetti legati all utilizzo di sistemi TES (Thermal Energy Storage) accoppiati alla generazione di energia termica e frigo. In particolare è stata sviluppata una metodologia di pianificazione che permetta di dimensionare in maniera ottimale un impianto di accumulo di energia termica accoppiato ad una centrale di tri-generazione. La metodologia è basata sulla ottimizzazione giorno per giorno dei cicli di carica/scarica degli accumulatori di energia. Pagina 6 di 7

7 In [BARI.22], viene descritto come il progetto di un distretto energetico possa integrarsi con la vision e con le azioni di sviluppo programmate nell ambito della painificazione strategica della Metropoli Terra di Bari. [BARI.22] V. Bisceglia, S. Bruno, M. La Scala, "Il distretto energetico", in Metropoli Terra di Bari: Tradizione e Innovazione. Rapporto Finale del Piano Strategico BA2015, ISBN , pp , Adda Editore, Bari, [BARI.23] S. Bruno, S. Lamonaca, M. La Scala, U. Stecchi, "Optimal Design of Trigeneration and District Energy in the Presence of Energy Storage", International Conference on Renewable Energy and Power Quality (ICREPQ) 2010, Granada, March, Pagina 7 di 7