Architetture e strumenti di analisi per il monitoraggio multi vettore dei consumi e per l efficienza energetica

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Geronima Di Matteo
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1 Architetture e strumenti di analisi per il monitoraggio multi vettore dei consumi e per l efficienza energetica A. Farnetani (1), G. Fiorito (3), S. Grillo (2), S. Massucco (2), M. Salomone (1), F. Silvestro (2), fsilvestro@die.unige.it (1) Gruppo Riva; (2) Università di Genova, Dipartimento di Ingegneria Elettrica; (3) IESolutions Forum Telecontrollo Reti Acqua Gas ed Elettriche Roma ottobre 2009

Silvestro (2), email: fsilvestro@die.unige.

2 Indice Definizione e ruolo della Generazione Distribuita (DG) Progetti attivi sulla DG Il possibile ruolo della domanda nella gestione delle reti attive Il sistema di monitoraggio e bilancio energetico in ILVA Risultati di Energy Management Conclusioni

nella gestione delle reti attive Il sistema di monitoraggio e

3 La generazione distribuita La generazione distribuita, è rappresentata da impianti di potenza tra qualche kva e alcune decine di MVA, connessi in prossimità del carico. Potenziale e promettente sviluppo per diverse ragioni: liberalizzazione del mercato dell'energia elettrica progressi tecnologici uniti ad una forte sensibilità verso i problemi ambientali. Mercato potenziale per nuove tecnologie

Potenziale e promettente sviluppo per diverse ragioni: liberalizzazione del mercato dell'energia

4 DG: Possibili applicazioni Stand alone Diesel Stand Alone Central Station Stand Alone Peak Shaving Hospital Grid Support Residential Distribution SubStation Transmission Computer chip manufacturer PV CELLS Building Integrated Office Building Generation Heat & Power Chemical Plant Quality power

SubStation Transmission Computer chip manufacturer PV CELLS Building

5 DISPOWER: Power Quality Operation and Management System (POMS) Fornire linee guida per la definizione di strategie di controllo locali per migliorare la qualità e sicurezza della rete Programmazione ottima delle risorse attraverso il coordinamento della GD e dei carichi controllabili

migliorare la qualità e sicurezza della rete Programmazione ottima

6 Utilizzo della domanda Risk Management. Utilizzo della domanda da parte dei grossisti e trader come strumento per mitigare il rischio delle fluttuazioni di prezzo orari e giornalieri. Environmental. Demand Response (DR) può aiutare nella riduzione dei vincoli ambientali e ridurre la necessità di operare centrali maggiormente inquinanti. DR può ridurre o posticipare la costruzione di nuove centrali o infrastrutture di rete aumentando la capacità della rete di trasmissione e distribuzione con un migliore utilizzo del suolo e del verde. Customer Service. Molti clienti possono beneficiare delle opportunità di gestire e ridurre i consumi per un risparmio della loro bolletta economica o per altre ragioni ambientali. Market Power Mitigation. Programmi di DR possono contribuire alla riduzione del potere di mercato (ovvero l abuso di posizione dominante) dei tradizionali e nuovi entranti sul mercato. Ciò è maggiormente vero nel caso dei programmi quasi in tempo reale con una forte presenza di vincoli di rete che possono portare a esercizi di market power.

DR può ridurre o posticipare la costruzione di nuove centrali o infrastrutture di rete aumentando la capacità della rete di trasmissione e distribuzione con un migliore utilizzo del suolo e del verde.

7 Demand Side Management (DSM) DSM = modifica volontaria della modalità di prelievo dell energia Load response L utente finale accetta di essere disconnesso (con o senza preavviso, dietro una compensazione economica in fornitura) Price response L utente finale modifica intenzionalmente la sua domanda in accordo ad una sua strategia di ottimizzazione Soluzioni tipiche di DSM: Time-of-Use Real Time Pricing Buyback Programs / Demand Bidding Interruptible Loads (IL)

fornitura) Price response L utente finale modifica intenzionalmente la sua domanda in accordo ad una sua strategia

8 DSM (continua) Demand Bidding or Buyback Programs Nell'ambito di questi programmi, il cliente mantiene un prezzo standard, ma può presentare offerte a salire o proporre una riduzione del carico in risposta alle richieste dell operatore di rete. Sia l'utenza residenziale che industriale, in generale, possono partecipare a tali programmi Time-of-Use Rates (TOU) In queste tariffe, il prezzo dell'energia è diverso a seconda del periodo dell'anno, della settimana, del giorno, ecc. Questi programmi richiedono preventivamente dei sistemi di misura oraria per tenere traccia dell utilizzo dell energia elettrica La partecipazione è di solito su base volontaria, ma in alcuni casi può essere resa obbligatoria; Sia l'utenza residenziale che industriale, in generale, possono partecipare a tali programmi

Sia l'utenza residenziale che industriale, in generale, possono partecipare a tali programmi Time-of-Use Rates (TOU) In queste tariffe, il prezzo dell'energia è diverso a seconda del periodo

9 DSM (continua) Real Time Pricing Real time pricing è una evoluzione del TOU. La partecipazione è volontaria e soprattutto destinata a clienti industriali, piuttosto che per l'utenza residenziale: i primi possono infatti comprendere i prezzi in tempo reale nel sistema di gestione dell'energia. Interruptible Loads (IL) ILS sono stati utilizzati dalle società di distribuzione per decenni, in sostanza, con l'obiettivo di migliorare l'affidabilità. in cambio della possibilità di essere disconnesso da parte del gestore del sistema, l utente paga l energia ad un prezzo inferiore. ILS sono di solito i grandi clienti industriali il cui costo di produzione principale è l'energia elettrica necessaria per il processo produttivo e che può interrompere le operazioni per poche ore o per un turno.

gestione dell'energia. Interruptible Loads (IL) ILS sono stati utilizzati dalle società di distribuzione per decenni, in sostanza, con l'obiettivo di migliorare l'affidabilità.

10 Generazione distribuita e carico: Possibile ruolo coordinato LOW COST REMOTE GENERATION /MWh /MWh /MWh /MWh HIGH COST LOCAL GENERATION LOCAL GENERATION RENEWABLE (INDIVIDUAL OR COORDINATED) LOAD LOAD MANAGEMENT (LOAD AGGREGATOR)

/MWh /MWh HIGH COST LOCAL GENERATION LOCAL GENERATION

11 Intelligent energy monitoring Il nuovo scenario liberalizzato ha aperto un vero e proprio mercato in cui sia i produttori ed i clienti possono competere Questi importanti cambiamenti, sia economici che tecnici richiedono una migliore e intelligente gestione dei consumi energetici ILVA è un importante consumatore e attore (i consumi di ILVA sono circa 4 TWh / anno distribuiti in 14 stabilimenti in Italia) Possibilità di provare alcuni dei progetti di ricerca svolte

migliore e intelligente gestione dei consumi energetici ILVA è un importante consumatore e attore (i consumi di ILVA

12 Real time energy monitoring Requisiti dell architettura: Raggruppare e salvare le informazioni raccolte dai microcontrollori Visualizzare i costi e i bilanci energetici accesso da remoto Permettere l amministrazione dei diritti di accesso Configurare i dispositivi di acquisizione remoti Costituire un sistema aperto permettendo lo sviluppo di nuove analisi con flessibilità e capacità di evoluzione del sistema

l amministrazione dei diritti di accesso Configurare i dispositivi di acquisizione remoti Costituire

13 Il processo Raccolta dati Analisi Supporto alle decisioni Dai valori attuali Direttamente dai sottocontatori SCADA Real time dei dati di visualizzazione multi-energia e siti multi La produzione e la correlazione processo per il consumo Opportunità di risparmio energetico L'ottimizzazione della filiera: produzione-consumo-tariffe Strategia per l'approvvigionamento energetico Le previsione della domanda

e la correlazione processo per il consumo Opportunità di risparmio energetico L'ottimizzazione della

14 Il campo Il nostro Gruppo è un primario consumatore di energia e di gas, e ha stabilimenti distribuiti in Italia ed Europa con un consumo globale superiore a 10 TWh di energia elettrica. Attualmente per la gestione del processo sono state automatizzati nel tempo i profili di potenza attraverso un sistema di PLC (Rslogix5550) che controlla i vari stabilimenti con un controllore master localizzato nello stabilimento di Cornigliano.

Attualmente per la gestione del processo sono state automatizzati nel tempo i profili di potenza attraverso

15 Attuale configurazione del sistema workstation + server con data base Process box (TCP/IP o GPRS) Sensori e contatori Process boxes Contatore Sensore GPRS Contatore Sensore L attuale configurazione consiste in: La raccolta dei dati dei 14 stabilimenti (quasi la totalità del consumo di tutta ILVA) Architettura distribuita per l'acquisizione in tempo reale, basata su protocollo Modbus TCP / IP Interfacciamento allo SCADA di processo

raccolta dei dati dei 14 stabilimenti (quasi la totalità del consumo di tutta ILVA) Architettura distribuita

16 Interfaccia web Schema of the points of delivery Whole consumption

17 Analisi dei consumi a 15 minuti Max power demand Night Active Day Night Reactive Day

18 Analisi economica Reactive Peak hours Supply cost Off-peak hours Tax Distribution Trasport

19 Prima analisi e suggerimenti Definizione della programmazione dei consumi Anomalie di consumo programmato Ottimizzazione su base mensile per i diversi siti in accordo alle dinamiche dei prezzi e delle bande di energia acquisite

programmato Ottimizzazione su base mensile per i diversi

20 Estensione al bilancio energetico di sito Il progetto prevede l estensione del sistema al bilancio complessivo di stabilimento. Il sistema dovrà prevedere, alla conclusione del progetto, l acquisizione di circa 500 misure (energia, gas, consumi di acqua demineralizzata, vapore, produzione di aria compressa, NOX, ecc.) alle frequenze di campionamento necessarie per il corretto bilancio energetico del sistema.

Il sistema dovrà prevedere, alla conclusione del progetto, l acquisizione di circa 500 misure

21 Prime misure Nome Numero Tipologia Modalità Freq. Campionamento Acqua demi 13+1 acqua PLC oraria Demi sotto-contatori 8 acqua da ingegnerizzare oraria Produzione 30+1 Fluidi/Gas PLC oraria Gas principale 1 gas da ingegnerizzare oraria Caldaie (B101/B102) 6 Fluidi/Gas da ingegnerizzare oraria 6 energia da ingegnerizzare 15 minuti Compressori Aria LAF 4 Aria da ingegnerizzare oraria 4 energia da ingegnerizzare 15 minuti HNx 22+3 Fluidi/Gas/E.E. PLC oraria Consumi linee 20 energia PLC 15 minuti Metano fiscale 11 gas da ingegnerizzare oraria Acqua stabilimento 4 acqua manuale oraria Acqua interna 5 acqua manuale oraria Acqua di Pozzo 4 acqua PLC oraria Totale 147

22 Conclusioni Panoramica della Generazione Distribuita Un possibile ruolo attivo del carico Il monitoraggio e il controllo intelligente possono contribuire nelle politiche di risparmio energetico Necessità di strategie di controllo

23 Architetture e strumenti di analisi per il monitoraggio multi vettore dei consumi e per l efficienza energetica Grazie per l attenzione! A. Farnetani (1), G. Fiorito (3), S. Grillo (2), S. Massucco (2), M. Salomone (1), F. Silvestro (2), fsilvestro@die.unige.it Forum Telecontrollo Reti Acqua Gas ed Elettriche Roma ottobre 2009

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