Sistemi automatici di lettura (AMR)

Transcript

1 Contesto Sistemi automatici di lettura (AMR) Le utility elettriche evolvono verso realtà nuove (multiutility) Dal 2007 l utente abbonato ad un servizio quasi monopolistico, diventa un cliente libero di scegliere il fornitore L utility ricerca una fidelizzazione del cliente proponendo servizi di elevata qualità e a valore aggiunto. CRM (Customer Relationship Management - Gestione del Rapporto con il Cliente) VAS (Value Added Services - Servizi a Valore Aggiunto) Alcune utility elettriche hanno già adottato la tecnologia dei contatori elettronici che, oltre alla telegestione, consente di ampliare l offerta di servizi L Autorità per l Energia Elettrica ed il Gas ha proposto a tutte le utility italiane l adozione di AMR per diffondere in maniera capillare la tariffazione multioraria dell energia (comunicato stampa ) CESI 1

2 Architetture dei contatori elettronici (1/4) Architettura più diffusa: tecnologie di comunicazione GSM e PLC Sono da valutare altre tecnologie di comunicazione CESI 2

3 Architetture dei contatori elettronici (2/4) Evoluzione verso: multi-metering Energia Elettrica Gas Calore Acqua altri servizi es. controllo della domanda Da valutare i margini di utilizzo (banda passante residua) delle presenti reti di comunicazione MT BT CESI 3

4 Architetture dei contatori elettronici (3/4) Architettura basata su connessione ad alta velocità Da valutare: diffusione reti ad alta velocità (ADSL, fibra) la disponibilità della connessione nelle 24 h Consumo energetico di apparecchi molto intelligenti Sicurezza informatica CESI 4

5 Architetture dei contatori elettronici (4/4) Architettura completamente wireless (Dect, cellulare, satellitare) Da valutare la affidabilità delle nuove tecnologie wireless es. ZigBee Celle Solari CESI 5

6 Raffronto tra Tecnologie PLC e wireless Tecnolo gia Tipo di rete Privata Costo della chiamata Copertura Costo del terminale Velocità di trasmissione Protezione dalle interferenze Pianificazio ne delle frequenze Sicurezza della trasmissione Sitred LONwor ks Reti Cellulari GSM Reti Cellulari GPRS Satellite Globalst ar DECT LPD: Low Power Device l'utilizzatore è proprietario di tutte le parti della rete l'utilizzatore è proprietario di tutte le parti della rete Tipo di rete Privata Tre operatori Nazionali Tre operatori Nazionali Operatore unico per l Italia l'utilizzatore è proprietario di tutte le parti della rete l'utilizzatore è proprietario di tutte le parti della rete Nessuno 10Km Basso Bassa Molto Bassa Automatica Alta Nessuno 1300m Basso Bassa Bassa Automatica Alta Costo della chiamata Funzione della durata Funzione dei bit trasmessi Funzione dei bit trasmessi Copertura radioelettri ca Outdoor 95% 95% 100% territorio nazionale Copertura radioelettric a Indoor Buona nei centri abitati Buona nei centri abitati Nessuno 1Km 100 m Costo del terminale Medio- Bassa Medio- Alta Velocità di trasmission e Bassa Media Protezione dalle interferenze Alta Alta Nulla Alto Bassa Medio-Alta Medio- Basso Medio- Alta Nessuno N A m Basso Bassa Bassa Pianificazio ne delle frequenze A cura dell operator e A cura dell operator e A cura dell operator e Sicurezza della trasmissione Alta Alta Alta Alta Automatica Alta A cura dell'utilizzato re Bassa CESI 6

7 Flessibilizzazione della domanda E considerata un VAS legata alla fornitura di energia. Comprende tutti quegli interventi di pianificazione, attuazione e monitoraggio di iniziative deliberate, miranti ad incentivare gli utilizzatori a modificare le modalità e l'entità del consumo di energia elettrica, in modo da ottenere variazioni desiderate nella forma del diagramma di carico. L'utilizzo di strumenti di controllo dei carichi (domanda) si risolve in una serie di vantaggi e benefici che riguardano i vari attori nel contesto economicosociale: l'utilizzatore (Utente/Cliente) le imprese elettriche la società CESI 7

8 RICERCA DI SISTEMA IN CORSO Aspetti tecnologici riguardanti la costituzione di un infrastruttura che renda possibile la flessibilizzazione della domanda per utenti medio-piccoli (lato rete) Piani di emergenza: Alleggerimento dei carichi in situazioni di emergenza, salvaguardando alcune tipologie di utenza diffusa Mercato: Partecipazione degli utenti medio piccoli al mercato, tramite aggregatori di utenza, (tipicamente le aziende della distribuzione o le ESCO - Energy Service COmpany) Esercizio e Sviluppo reti elettriche distribuzione: Miglioramento dell esercizio e dello sviluppo delle reti elettriche della distribuzione in regime liberalizzato CESI 8

9 RICERCA DI SISTEMA IN CORSO Applicazione sperimentale di un Sistema Domotico per il controllo della domanda dei carichi domestici (lato cliente) con comunicazioni basate su PLC Sistema domotico: presiede al controllo dei carichi secondo logiche stabilite nel Load Manager (comunicazioni PLC) Sistema di attivazione dei carichi elettrici: simula le esigenze di una famiglia tipo in diversi assetti tariffari e di potenza elettrica disponibile al contatore Sistema di monitoraggio: misura, acquisisce e memorizza i valori di potenza elettrica assorbita dai vari apparecchi operanti nell ambiente domotico. CESI 9

10 Soluzioni tecnologiche per il controllo della domanda Ruolo PLC nell architettura in fase di studio CESI 10

11 Applicazioni PLC per la flessibilizzazione della domanda Proposte per: Comunicazioni tra le cabine AT/MT e le cabine MT/BT elettricamente connesse; Comunicazioni tra concentratore di cabina MT/BT ed i punti di consegna dell'energia elettrica, tipicamente i contatori elettronici e i sistemi home and building automation; Comunicazioni tra i carichi e Load Manager all'interno delle abitazioni. CESI 11

12 PLC per la flessibilizzazione della domanda: lato rete AT 1. Comunicazione PLC tra le cabine AT/ MT e MT/BT elettricamente connesse AT MT MT MT BT MT BT MT BT MT BT MT BT Criterio di scelta: sfruttare la reale topologia della rete CESI 12

13 PLC per la flessibilizzazione della domanda: lato rete 2. Comunicazione PLC tra le cabine MT/BT e cliente (utente finale) Criteri di scelta: 1. Costo di esercizio 2. Facilità predisposizione dell infrastruttura 3. Copertura CESI 13

14 Automazione lato utenza: funzionalità da realizzare La gestione ottimizzata degli impianti di riscaldamento, ventilazione, condizionamento ed illuminazione, in modo da ottenere all interno dell abitazione il microclima desiderato. La pianificazione dei dispositivi di lavaggio e cucina in modo da gestirli compatibilmente alle risorse disponibili (energia elettrica, acqua calda, gas metano). La gestione delle fonti di energia sia per quanto riguarda il livellamento degli eventuali picchi di consumo che la razionalizzazione dell utilizzo. CESI 14

15 Domotica Contatore Elettronico Sistema di Misura Misure Piccoli Elettrodomestici e Intrattenimento Gestore dei Carichi Field bus Alimentazione Lavatrice Lavastoviglie Condiziona mento Forno Boiler Frigorifero CESI 15

16 Mezzi trasmissivi I mezzi trasmissivi utilizzati oggi per le applicazioni domotiche sono principalmente: Il cablaggio in rame Power Line (PL) I cavi coassiali Le tecnologie wireless CESI 16

17 Bus standard per la domotica EIB BatiBUS EHS Mezzo fisico TP1/PL TP0 PL/TP Alimentazione SELV, 24V c.c. SELV 13.8 V c.c. 230V 50/60 Hz SELV 15V c.c. Codifica del segnale NRZ NRZ NRZ Velocità di trasmissione 9.6 kbps/1.2 kbps 4.8 kbps 2.4 kbps (Power Line) 48 kbps (Twisted Pair) Tipo di accesso CSMA/CA CSMA/CA CSMA/ack (PL) Architettura Mista Libera Gerarchica Topologia Lineare, a stella, ad albero Libera Rete distribuzione Livelli OSI Fisico, Data link, Rete, Fisico, Data link, Fisico, Data link, Rete, Trasporto, Applicazione Applicazione Applicazione Numero di nodi > (1000 con alim. 256 per linea ausiliario) CESI 17

18 Confronto tra soluzioni wireless Bluetooth ZigBee WiFi Standard IEEE IEEE IEEE b, g, a Frequenza 2.4 GHz 868MHz, 2.4 GHz 2.4 GHz, 5 GHz Distanze fino a 100 metri (classe I) fino a 75 metri fino a 100 metri Numero di nodi oltre i 100 Tecnica di modulazione FHSS DSSS DSSS e OFDM Architettura a stella con access point a stella o di tipo "mesh" punto a punto Tempo di aggancio alla rete 3 s 30 ms n.a. Dimensione codice per lo 250 kb 28 kb n.a. stack Costo di un nodo (2005) 4 2 n.a. Velocità di trasmissione 1 Mbps 250 kbps (a 2.4 GHz) 20 kbps (a 868 MHz) Consumo 170 ma (classe I) 30 ma 350 ma Durata delle batterie 4-8 ore alcuni anni 1-3 ore 11 Mbps (b) 55 Mbps (a, g) CESI 18

19 Sistema di misura Il sistema di misura può essere realizzato all'interno del contatore oppure mediane l'installazione di appositi strumenti di misura In una visione più decentralizzata, gli stessi carichi potrebbero essere dotati, al loro interno, di uno strumento di misura della potenza CESI 19

20 Caratteristiche del sistema di misura misura della potenza attiva, reattiva, apparente, fattore di potenza misura della corrente e della tensione in termini di valore efficace e di contenuto armonico uscita a relé per la segnalazione di allarmi e uscita digitale ad impulsi. Spesso possiedono anche una certa quantità di memoria per l'immagazzinamento dei dati acquisiti a fini statistici. mancanza della possibilità di interfacciarsi ad un sistema trasmissivo alcuni prodotti forniscono una soluzione completa alla gestione dei carichi. Sono soluzioni stand alone, che offrono una soluzione efficace ma poco flessibile. CESI 20

21 Strategie Un sistema domotico efficiente ed orientato ad uso ottimale dell energia disponibile deve poter realizzare: Regolazione del consumo elettrico: evitare interventi del limitatore di erogazione elettrica e pianificare l uso di energia elettrica in accordo con le necessità di ciascun dispositivo e con eventuali piani tariffari personalizzati o esigenze del distributore. Razionalizzazione del consumo energetico: utilizzare fonti alternative di produzione della medesima risorsa all interno della casa Osservazione del comportamento dei vari elettrodomestici ed individuazione e segnalazione di eventuali guasti. Maggiore interattività dei dispositivi con l utente in modo da consentirgli una migliore pianificazione dell utilizzo. CESI 21

22 Esempi di ottimizzazione Ottimizzazione del consumo elettrico dell impianto di illuminazione mediante sensori di presenza e luminosità presenti negli ambienti. Ottimizzazione del microclima dell abitazione ed ottimizzazione del consumo energetico grazie a controlli integrati del riscaldamento e del condizionamento Programmazione integrata dei grossi elettrodomestici Distacco programmato, rispettando le priorità, di apparecchiature/elettrodomestici secondari attraverso prese intelligenti. L utilizzo integrato delle fonti energetiche non è sempre attuabile CESI 22

23 Implementazione attuale Allo stato attuale, le strategie appena presentate non sono realizzate dal contatore, bensì vengono implementate in un unico dispositivo che ha la funzione di gestione dei carichi. La strategia oggigiorno più adottata consiste nel definire le priorità dei carichi in modo che, nel momento in cui viene superata una soglia programmata di potenza, la sequenza con cui i carichi vengono scollegati è nota a priori. In queste soluzioni la intelligenza è decisamente concentrata in un unico dispositivo, anche se il distacco del carico può avvenire utilizzando un relé remoto. CESI 23

24 Soluzioni più flessibili Esistono soluzioni più evolute del tipo master/slave e la strategia è realizzata mediante l'esecuzione di opportuni programmi Esempio di strategia attuabile: il contatore elettronico svolge la funzionalità di interfaccia verso la rete uno o più sistemi di misura della potenza e della qualità dell'energia mantengono aggiornati i valori delle grandezze elettriche dell'impianto il master, in funzione delle richieste del gestore della rete e dei consumi globali o locali, decide dinamicamente le priorità di distacco dei carichi il distacco dei carichi avviene mediante alcuni relé intelligenti CESI 24

25 Prospettive Un ulteriore passo potrà essere compiuto quando i carichi saranno dotati di intelligenza. Alcune aziende produttrici di elettrodomestici prevedono nei loro apparecchi tali intelligenze, già da qualche tempo. Si potrebbe pensare ad uno scenario di questo tipo: il contatore elettronico svolge le sue funzionalità di interfaccia tra il gestore della rete di alimentazione ed il sistema di controllo dei carichi le intelligenze presenti negli apparati, in funzione delle richieste del gestore della rete e dei consumi locali, si organizzano in modo da ripianificare i propri consumi e, nel contempo, soddisfare le specifiche globali CESI 25

26 PLC per la flessibilizzazione della domanda: lato utente RS232 Misura della potenza elettrica totale Power Line Konnex EHS Prese intelligenti Carichi RS232 PLI- Power Line Interface LM Load Manager Criterio 3. Comunicazione di scelta: Flessibilità, Misura Software PLC tra il gestore dei carichi (assenza potenza domestici cablaggi) e le prese intelligenti elettrica totale Dal concentratore cabina secondaria RS232 Moduli Modulo Software Contatore (Tariffe e fasce orarie) Interfaccia concentratore- LM Prodotto da LMsviluppare Interfaccia utente LM (Load Manager) Lettura file: messaggi di riduzione potenza o distacco carichi RS23 2 Alle prese intelligenti Simulatore utente CESI 26

27 Carico elettrico domestico 3000 Potenza totale: prove 3kW configurazione invernale tariffa piatta tariffa su 2 livelli e 2 fasce orarie tariffa su 3 livelli e 4 fasce orarie Potenza [W] Ore Curva dei carichi elettrici totali domestici con tre configurazioni tariffarie CESI 27

28 Prove in corso e previste al CESI Load Manager con tecnologia PLC Prove a tariffa e limite di potenza costante (2004) Prove a tariffa a 2/4 fasce orarie e limite di potenza costante (2004) Prove con tariffa quattro fasce orarie, limite di potenza normalmente costante, richiesta di riduzione di potenza su messaggio distributore (2004) Comunicazione PLC tra flessibilizzatore della domanda di cabina MT/BT e Load Manager (prevista 2005) CESI 28

29 Problemi Affrontati nel corso delle prove Interazioni tra apparecchiature e sistema domotico. Il funzionamento stazionario di alcuni elettrodomestici (presumibilmente PC ed apparecchiature di prestazioni elettroniche particolarmente spinte) Forti assorbimenti di Potenza Reattiva da elettrodomestici bianchi (lavatrice, frigorifero ) in accensione Conseguenze (non evidenziate da esperienze passate): Disturbi che hanno causato, anche se per durata limitata, instabilità del Load Manager (es. sua esclusione o comportamento imprevedibile) Adottate varie forme di filtraggio, ma: Al momento non è stata identificata una tecnica efficace Studio sistematico della natura dell inconveniente: in corso CESI 29