Diego Pagnoncelli, LPM Smart Grid, Distribution Automation PPMV 21/05/2014 Smart Grids Reti Elettriche e Reti Dati

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1 Diego Pagnoncelli, LPM Smart Grid, Distribution Automation PPMV 21/05/2014 Smart Grids Reti Elettriche e Reti Dati

2 Smart Grids Un radicale cambio di paradigma L attuale rete di distribuzione è stata progettata con lo scopo di distribuire l energia prodotta in grandi impianti di produzione, ad un vasto numero di utenti consumatori. Il flusso di energia è essenzialmente unidirezionale. La sempre più rapida diffusione delle energie rinnovabili, ci pone di fronte ad un rapido cambio di paradigma in cui l energia viene immessa in rete anche da piccoli produttori posti alle estremità delle rete stessa, generando quindi inversioni di flusso. La rete elettrica attuale non è progettata per supportare ciò e deve quindi essere adeguata alle nuove esigenze. Month DD, Year Slide 2

3 Smart Grids Definizione «Rete elettrica in grado di integrare, in modo intelligente, il comportamento e le azioni di tutti gli utenti a essa collegati (siano essi generatori, consumatori o utenti in grado allo stesso tempo di generare e consumare) allo scopo di realizzare, in modo efficiente, un approvvigionamento elettrico sostenibile, sicuro ed economico.» (European Technology Platform for the Electricity Networks of the Future) Month DD, Year Slide 3

4 Smart Grids Da dove nasce l esigenza di una rete intelligente? Una Smart Grid è l'insieme di una rete di informazione e di una rete di distribuzione elettrica in modo tale da consentire di gestire la rete elettrica in maniera "intelligente" sotto vari aspetti o funzionalità ovvero in maniera efficiente per la distribuzione di energia elettrica e per un uso più razionale dell'energia minimizzando, eventuali sovraccarichi e variazioni della tensione elettrica intorno al suo valore nominale. La maggior parte della Generazione e Micro-Generazione distribuita, è costituita da fonti rinnovabili, che per loro natura non sono programmabili Month DD, Year Slide 4

5 Smart Grid Da dove nasce l esigenza di una rete intelligente? Dobbiamo essere in grado di gestire le inversioni di flusso dovute alla massiccia disponibilità di energie rinnovabili, e cioè quando la produzione in alcune aree supera la domanda. Cosa fare? Trasferire l energia in eccesso in zone di deficit Accumulare l energia in eccesso per poterla poi usare in seguito (Time-Shift) Gestione dinamica dei carichi sulla base della disponibilità o indisponibilità di energia Regolazione dinamica delle centrali di produzione per favorire il dispacciamento e l uso delle energie rinnovabili (problema non banale) Month DD, Year Slide 5

6 Smart Grids Come rendere la rete «Smart»? Dobbiamo dotare la rete di dispositivi intelligenti e di reti di comunicazione che permettano la comunicazione dinamica e integrata di tutti gli attori Sensori Rete di Comunicazione Algoritmi di decisione Attuatori Month DD, Year Slide 6

7 Smart Grid Rete Elettrica e Reti di Comunicazione Una Smart Grid quindi, prevede una completa interconnessione di tutti i componenti ed i sistemi di cui è costituita Rete Elettrica Rete di Comunicazione Smart Grid Il Rete Elettrica (Globale) e la le Reti di Comunicazione (Internet) sono tra i più importati e complessi sistemi distribuiti globali Fino ad ora hanno avuto un evoluzione separata, è giunto il momento di farle cooperare e convergere Month DD, Year Slide 7

8 Smart Grid Funzionalità Quali possono essere gli obbiettivi finali di una Smart-Grid? Autoriparazione: Capacità della rete di prevedere, individuare e risolvere in modo autonomo diverse tipologie di problemi. Guasti, Sovraccarichi, Malfunzionamento di dispositivi, Manutenzione preventiva Potenza di Qualità: La stabilità della tensione elettrica che giunge al consumatore è un fattore di qualità importante. Costi economici altissimi attualmente vengono affrontati per garantire questa caratteristica Resistenza agli Attacchi: Capacità della rete di riconoscere e rispondere a interruzioni manuali della fornitura elettrica. Il sistema dovrebbe consentire di isolare le aree coinvolte e ridirezionare il flusso energetico verso altre aree. Cibersecurity. Alta adozione di Energie Rinnovabili: Questioni ambientali renderanno fondamentale l'introduzione di grosse quantità di energia proveniente da fonti rinnovabili. Esse però, per la maggior parte, sono intermittenti. Permettendo l'adattamento e la riorganizzazione dinamica della rete, una Smart Grid consentirà un uso massiccio di queste fonti. Partecipazione dei Consumatori: Possibilità per i piccoli produttori di partecipare attivamente alla produzione di energia elettrica. Month DD, Year Slide 8

9 Smart Grids Nuove Esigenze Attuale Smart Grid Comunicazione Nessuna o unidirezionale e non real-time Interazione con utenti Nessuna o molto limitata Estesa Misurazione Elettromeccanica Digitale Manutenzione Controllo manuale degli strumenti ad intervalli regolari Bidirezionale, real-time Controllo remoto, predittivo, manutenzione basata sulle condizioni Generazione Centralizzata Centralizzata e distribuita Controllo di flusso Limitato Esteso Affidabilità Soggetta a guasti e interruzioni a cascata Proattiva e real-time Ripristino dai guasti Manuale Automatica Topologia Radiale Interconnessa Month DD, Year Slide 9

10 Smart Grids La situazione attuale L attuale rete elettrica non è «stupida», già oggi le reti di comunicazione sono largamente utilizzate nella parte di «trasmissione» della rete, insieme a sistemi sofisticati di controllo automatizzati. L Italia è uno dei paesi più avanzati sotto questo punto di vista. Ad oggi però vengono utilizzati diverse tipologie di protocolli anche proprietari, è necessario che si passi ad uno standard globale per permettere l interscambio di informazioni tra i vari sistemi. (IEC61850?) Month DD, Year Slide 10

11 Smart Grid Quale tecnologia di comunicazione utilizzare? WIRELESS WIRELINE Satellite Copper Wire Private Wireless Power Line Public Wireless Fiber Optic Month DD, Year Slide 11

12 Smart Grid Quale tecnologia di comunicazione utilizzare? DIPENDE Application Latency requirement Objects Availability requirement Teleprotection < 10ms RMU s with breakers Extremely high Tele-interlockings (GOOSE) 20 ms RMU s with breakers Reclosers SCADA control ~100 ms RMU s with motorized switch / FPI Pole mounted switches and reclosers Very High High Applicable technologies Fiber Fiber Mesh radio LTE Mesh radio LTE, 3G, GPRS Video surveillance ms Remote sites High Mesh radio LTE, 3G Metering & Diagnostics <1000 ms Smart Meters Condition monitoring devices Medium Mesh radio LTE, 3G, GPRS Month DD, Year Slide 12

13 Smart Grid La situazione Italiana attuale In Italia possiamo attualmente vantare una delle reti elettriche più avanzate del mondo: Trasmissione: La gestione in tempo reale del nostro sistema elettrico, interconnesso con quello europeo, viene svolta attraverso un sistema di controllo altamente tecnologico, che fa capo al Centro nazionale di controllo, il cuore del sistema elettrico italiano dove, in un bunker dell energia con oltre 100 schermi di controllo e un wallscreen di 40 metri quadrati, monitora 293 linee, tra cui 9 interconnessioni con l estero, 3 cavi sottomarini e 281 linee nazionali a 380 kv. Distribuzione Primaria: Tutte le cabine di distribuzione primaria dove avviene la trasformazione AT/MT sono attualmente, ma da diversi anni, telecontrollate da remoto nei centri di controllo dei rispettivi distributori Distribuzione Secondaria: E qui che avverrà la vera svolta! La maggior parte delle cabine di distribuzione secondaria oggi installate nel territorio nazionale, sono cieche. Month DD, Year Slide 13

14 LTE for Smart Grids To DMS System OpenVPN Tunnel IEC61850 Data MMS/GOOSE M2M Gateway VPNs Bridge INTERNET LTE LTE LTE LTE Secondary Substation REC615/REF615 Secondary Substation REC615/REF615 Secondary Substation REC615/REF615 Secondary Substation REC615/REF615

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