Relazione scientifica Info

Transcript

1 Unità di PISA Info Università Dipartimento Indirizzo Sito Responsabile di Unità Massimo Ceraolo Responsabile web Davide Poli Composizione Cognome Ruolo Barcaglioni Maurizio Altro Barsali Stefano Professore Associato Ceraolo Massimo Professore Ordinario Giglioli Romano Professore Ordinario Giuntoli Marco Altro Lutzemberger Giovanni Ricercatore a tempo determinato Pelacchi Paolo Professore Ordinario Poli Davide Professore Associato Possenti Andrea Altro Zini Giancarlo Professore Ordinario Fuori Ruolo Università di Pisa Dipartimento di Ingegneria dell'energia, dei Sistemi, del Territorio e delle Costruzioni Largo Lucio Lazzarino s.n.c Pisa

2 Temi di ricerca Produzione e Fonti Rinnovabili Generazione distribuita E' stato valutato l'impiego della biomassa lignea in piccoli impianti di cogenerazione a combustione mista che prevedono l utilizzazione di caldaie a cippato o pellets e turbine a gas ad alta velocità [1][2] ed è stato completato lo sviluppo del modello dinamico di un sistema di cogenerazione a biomassa a ciclo combinato con microturbina a combustione esterna e ORC per il recupero energetico dei gas di scarico [3]. In collaborazione con Enel Green Power sono stati studiati sistemi di generazione da moto ondoso basati su generatori lineari, definendo lo schema e il sistema di controllo delle singole unità e dell'inverter di interfacciamento (in isola e in rete). [1] R. Giglioli, D. Poli: "Small-scale biomass-fired cogeneration, pellet production or district heating: new criteria for selecting the most profitable solution", International Review on Modelling and Simulations, Vol. 6, June [2] R.Giglioli, D.Poli, Technical-economical comparison between cogeneration, pellet production and thermal uses of biomass, 23rd European Biomass Conference and Exhibition (EUBCE), Vienna, 1-4 June [3] S. Barsali, R. Giglioli, M. Giuntoli, G. Lutzemberger, D. Poli, Control strategies and real time operation of storage systems integrated with MV photovoltaic plants 15 IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering, Rome, Italy, June 10-13, Produzione e Fonti Rinnovabili Regolazione di impianti idroelettrici Sono attualmente in corso studi tesi alla definizione di strategie di controllo innovativo per impianti di produzione idroelettrici, in particolare nelle situazioni in cui la dinamica del sistema galleria-pozzo può interagire con i tradizionali schemi di regolazione della velocità. Tale situazione è tipica in impianti di taglia elevata con gallerie relativamente corte. E' stata introdotta la possibilità di retroazionare la misura del livello del pozzo piezometrico, per garantire la stabilità del sistema senza ricorrere al sovradimensionamento del pozzo stesso.

3 Trasmissione e Super Grid Affidabilità del sistema elettrico e schermatura attiva Sono state messe a punto tecniche di tipo Monte Carlo sequenziale per la valutazione dell'affidabilità di vasti sistemi elettrici multi-area, in modo da ottimizzare sia il ridispacciamento della generazione a seguito di disservizi di rete o del fuori servizio di impianti di produzione [1, 2], sia la gestione delle aleatorietà di carico [3]; inoltre sono stati proposti e valutati nuovi approcci di fast load flow e parallel computing [4]. Sono state infine sviluppate e testate sperimentalmente alcune tecniche di schermatura attiva di elettrodotti AT e AAT [5]. [1] M. Giuntoli, D. Poli: "On the possible use of probabilistic techniques for purposes of short-term load dispatching", International Review of Electrical Energy, Vol.8, [2] M.Giuntoli, P.Pelacchi, D.Poli, On the use of simplified reactive power flow equations for purposes of fast reliability assessment, IEEE EUROCON 2013, Zagreb, Croatia, 1-4 July [3] R.Giglioli, M.Giuntoli, G.Lutzemberger, D.Poli, Impact of a large fleet of EVs on the efficiency and reliability of an electric power system, IEEE International Electric Vehicle Conference 2014, Florence, Dec [4] M.Giuntoli, P.Pelacchi, D.Poli, Parallel Computing of Sequential Montecarlo Techniques for reliable operation of Smart Grids, 16th IEEE EuroCon, Salamanca, Spain, 8-11 September [5] S.Barsali, R.Giglioli, D.Poli: Active shielding of overhead line magnetic field: design and applications, EPSR, Vol.110, Trasmissione e Super Grid Dynamic Thermal Rating di elettrodotti Assieme a Terna sono state sviluppate tecniche di Dynamic Thermal Rating di linee elettriche aeree, che abbinate a modelli meccanici multicampata degli elettrodotti permettono di sfruttare al massimo la capability degli stessi e quindi differire o evitare costosi ridispacciamenti della generazione in caso di congestioni temporanee. [1] F. Bassi, G. Giannuzzi, M. Giuntoli, P. Pelacchi, D. Poli: "Mechanical behaviour of multi-span overhead transmission lines under dynamic thermal stress of conductors due to power flow and weather conditions, Int. Review on Modelling and Simulations, Vol.6, [2] F.Bassi, G.Giannuzzi, M.Giuntoli, P.Pelacchi, D.Poli, Thermo-mechanical dynamic rating of OHTL: applications to Italian lines, Paper C2-112, CIGRE Session 2014, Paris, August [3] D.Poli, P.Pelacchi: Thermo-mechanical model of multi-span overhead transmission lines equipped with high-temperature low-sag conductors, ISSN: IREMOS (June 2015), volume 8 issue 3. [4] D.Poli, P.Pelacchi, A novel thermo-mechanical model to assess the dynamic thermal rating of multi-span overhead transmission lines, DEMSEE'15 10th International Conference on Deregulated Electricity Market Issues in South Eastern Europe, September 2015, Budapest, Hungary.

4 Distribuzione e Smart Grid Gestione di sistemi con accumulo in logica Smart Grid E' stata svolta un'attività di ricerca, in collaborazione con ENEL, Università di Firenze e di Siena, per lo studio e sperimentazione in un'area industriale di una minigrid integrante un sistema elettrico con uno termico gestiti secondo logiche Smart Grid [1], permettendo di sperimentare sul campo logiche di esercizio di accumuli abbinati a sistemi di utilizzazione e produzione dell'energia [2, 3]. [1] S. Barsali, G. Caridi, M. De Chirico, L. Ferrari, R. Giglioli, M. Giuntoli, D. Poli, S. Scalari, et alii: "Experience on energy management in an industrial district", 22nd Int. Conf. on Electricity Distribution, CIRED [2] S.Barsali, M.Ceraolo, R,Giglioli, D.Poli, "Storage applications for smartgrids", Electric Power System Research (EPSR), Vol.120, March 2015, pages [3] S.Barsali, R.Giglioli, M.Giuntoli, G.Lutzemberger, D.Poli, "Control Strategies and Real Time Operation of Storage Systems Integrated with MV Photovoltaic Plants", 15th IEEE International Conference on Environment and Electrical Engineering (EEEIC), Rome, June Distribuzione e Smart Grid Compensazione, progetti pilota Sono state proposte tecniche innovative di compensazione degli squilibri di tensione indotti dalla generazione distribuita monofase [1]. E' stato recentemente realizzato un dimostratore in laboratorio, che è in fase di trasferimento in campo per prove su rete. E' stato seguito, in collaborazione con le sedi di Cagliari e Padova, lo sviluppo dei progetti pilota promossi dalla del. 39/10 AEEGSI, alcuni già in fase di test [2, 3]. [1] S.Barsali, F.Monachesi, R.Giglioli, D.Poli: "Compensation of voltage unbalances in LV networks due to single-phase generators", IEEE ISGT 2013, 6-9 October 2013, Copenhagen, Denmark. [2] P. Pelacchi, F. Pilo, R. Turri: "Towards the definition of an output-based Smart Grid regulation through the field assessment of the Italian demonstration projects" - Workshop CIRED [3] P. Pelacchi, F. Pilo, R. Turri: "Progetti pilota italiani per lo sviluppo delle smart grids"- L'Energia Elettrica, mar-apr 2014.

5 Distribuzione e Smart Grid Ottimizzazione delle logiche di esercizio di sistemi di accumulo e di VPP Sono state studiate tecniche di ottimizzazione di Virtual Power Plants in ambito industriale [1] e urbano [2]. Inoltre è stata studiata la gestione ottima di un sistema di accumulo connesso con la rete di distribuzione avente compiti di "price arbitrage" ed è in via di pubblicazione la memoria [3], svolta in collaborazione con l'university of Applied sciences, Bielefeld Germany. [1] M.Giuntoli, D.Poli: "Optimized thermal and electrical scheduling of a Large Scale Virtual Power Plant in the presence of energy storages", IEEE Transactions on Smart Grid, Vol.4, [2] M.Brenna, M.C.Falvo, F.Foiadelli, L.Martirano, D.Poli, "From Virtual Power Plant (VPP) to Sustainable Energy Microsystem (SEM): an opportunity for buildings energy management", 2015 IEEE IAS Annual Meeting, Dallas. [3] M. Ceraolo, D. Poli, M. Giuntoli and G. Lutzemberger, V. Ruge and B. Bachmann: "Dynamic optimisation of price arbitrage techniques", Power System Computation Conference PSCC216. Tecnologie Valutazione sperimentale di sistemi elettrochimici e supercondensatori Sono proseguite attività di modellazione e sperimentazione di accumulatori elettrochimici al Litio di varie famiglie (Nickel- Manganese Cobalto e Ferro fosforo). In particolare, nell'ambito del Progetto Europeo HCV, sono stati analizzati algoritmi innovativi per la valutazione dello stato di carica sia nel caso di super-condensatori [1] che di batterie al Litio [2, 3]. Sono inoltre in corso sperimentazioni sul comportamento di accumulatori al litio sottoposti a cicli di carica/scarica coinvolgenti piccole quantità di energia rispetto alla potenzialità massima; questo tipo di sollecitazione è frequentissimo sia su sistemi mobili (veicoli ibridi) che su sistemi di accumulo stazionari che effettuano servizi di rete [4]. [1] M. Ceraolo, G. Ludovici, G. Lutzemberger: State-Of-Charge evaluation of supercapacitors for usage in hybrid vehicles, European Electric Vehicle Conference (EEVC 2014), 2-5 Dec [2] T. Huria, M. Ceraolo, J. Gazzarri, R. Jackey: Simplified Extended Kalman Filter Observer for SOC Estimation of Commercial Power-Oriented LFP Lithium Battery Cells, SAE Technical Paper , [3] T. Huria, G. Ludovici, G. Lutzemberger: State of charge estimation of high power lithium iron phosphate cells, Journal of Power Sources, vol. 249, pages , [4] G. Lutzemberger: Cycle life evaluation of lithium cells subjected to micro-cycles, IYCE 2015 (International Youth Conference on Energy), May 2015, Pisa, Italy.

6 Trasporti Veicoli a propulsione ibrida Sono proseguite le attività di studio inerenti i veicoli a propulsione elettrica e ibrida, tradizionali della sede di Pisa, in varie direzioni: - sono stati ulteriormente affinati gli algoritmi di gestione energetica dei veicoli a propulsione ibrida, proponendo capisaldi, pur subottimali, generali utilizzabili per ampissime categorie di veicoli [1]. - nell ambito dell intensa attività della sede di promozione dell utilizzo del linguaggio di simulazione object-oriented e cyberphysical Modelica, è stata realizzata una libreria per la simulazione di powertrain elettrici e ibridi, denominata EHPowerTrain, che verrà presentata alla 11th Modelica Conference in associazione con la pubblicazione [2]. - si è proceduto ad uno studio sull ibridizzazione di macchina operatrice in collaborazione con il costruttore IHImer di Poggibonsi, con finanziamento della regione Toscana. Esso ha portato alla realizzazione di un prototipo funzionante, come descritto nella pubblicazione [3]. [1] M. Ceraolo, G. Lutzemberger: Energy Optimization of Hybrid Vehicles: A general, suboptimal analysis, sottoposto per la pubblicazione al convegno AEIT [2] M. Ceraolo: A new Modelica Electric and Hybrid Power Trains library, accepted for publication at the 11th International Modelica Conference, 2015, Versailles, France. [3] A. Bertini, M. Ceraolo, G. Lutzemberger: Systematic approach in the hybridization of an hydraulic skid loader, Automation in Construction, vol. 58, pp , Trasporti Elettrificazione di turbocompressore veicolare Sono stati valutati aspetti tecnico-economici della realizzazione di un sistema di turbocompressione di veicolo stradale con assistenza elettrica. I vantaggi sono essenzialmente nella possibilità di ridurre significativamente il turbo-lag, senza penalizzazione dell efficienza energetica dell insieme. Lo studio è stato effettuato in collaborazione con esperti motoristi dell Università di Pisa e esperti di turbocompressori dell università di Genova [1]; un ulteriore articolo da parte degli stessi autori è stato sottoposto per la pubblicazione su rivista [2], Sono in corso ulteriori studi per la valutazione dell impatto di questa tecnologia anche su veicoli con propulsore diesel, e i risultati preliminari ottenuti mostrano come oltre al vantaggio della riduzione del turbolag si ha un sensibile miglioramento dei consumi di combustibile. [1] M. Ceraolo, G. Lutzemberger, S. Frigo, G. Pasini, S. Marelli, R: Gentili, M. Capobianco, P. Bolognesi: Numerical Evaluation of an Electric Turbo Compound for SI Engines, SAE/JSAE 2014 Small Engine Technology International Conference & Exhibition Italy November [2] M. Ceraolo, G. Lutzemberger, S. Frigo, G. Pasini, S. Marelli, R: Gentili, M. Capobianco, Evaluation of an electric turbo compound system for SI engines: a numerical approach, submitted for publication to Applied Energy.

7 Trasporti Accumulo di energia in sistemi tramviari - 1 Sono proseguiti gli studi dell impatto dell installazione di sistemi di accumulo su linee tramviarie, e delle relative tecniche di gestione atte a massimizzare l efficienza energetica. Il primo studio pubblicato sull argomento è del 2013 [1]. I risultati forniti dallo studio sono stati descritti con maggior dettaglio in [2, 3]. [1] M. Ceraolo, M. Conte, R. Giglioli, G. Lutzemberger, M. Pasquali: Use of electrochemical storage in substations to enhance energy and cost efficiency of tramways, AEIT Annual Conference, 3-5 Oct. 2013, Mondello (Palermo). [2] M. Ceraolo, G. Lutzemberger, M. Funaioli, L. Sani, D. Poli: Electricity Storage to Enhance Energy and Cost Efficiency of Urban Rail-road Systems, The Second International Conference on Railway Technology: Research, Development and Maintenance to be held in Ajaccio, Corsica, France 8-11 April [3] M. Ceraolo, R. Giglioli, G. Lutzemberger, M. Conte, M. Pasquali: Sistemi di accumulo in linee tranviarie, AEIT, vol. 101, pagine 46-53, 2014, issn: X. Trasporti Accumulo di energia in sistemi tramviari - 2 Lo studio di cui al sottotema Accumulo di energia in sistemi tramviari 1, ha fornito come sottoprodotto anche un simulatore specializzato in questo tipo di sistemi, che presenta molte caratteristiche di innovatività, le quali sono state descritte nella memorie [1, 2]. Un analisi più ampia del medesimo tema, sviluppata analizzando diverse configurazioni (tipologia di accumulo, installazione a terra o a bordo, etc.) è stata poi pubblicata su rivista [3]. Infine, una campagna di misure sperimentali effettuata nel corso dell intero 2014 ha permesso di validare lo strumento di simulazione [4]. [1] S. Barsali, P. Bolognesi, M. Ceraolo, M. Funaioli, G. Lutzemberger: Cyber-Physical Modelling of Railroad Vehicle System using Modelica Simulation Language, Railways 2014, 8-11 Apr. 2014, Ajaccio, Corsica. [2] M. Ceraolo, G. Lutzemberger: Electro-mechanical modelling and simulation of railroad vehicle system using Modelica language, The International Journal of Railway Technology, accepted for publication. [3] M. Ceraolo, G. Lutzemberger: Stationary and on-board storage systems to enhance energy and cost efficiency of tramways, Journal Of Power Sources, vol. 264, pp , [4] M. Ceraolo, R. Giglioli, G. Lutzemberger, A. Bechini: Cost effective storage for energy saving in feeding systems of tramways, IEEE International Electric Vehicle Conference (IEVC 2014), Dec. 2014, Firenze.

8 Progetti Sistemi avanzati di accumulo dell'energia Romano Giglioli ENEA/ Ricerca di Sistema P.R.I.M.E. Progetto di Ricarica intelligente per la Mobilità elettrica Romano Giglioli Ministero dell Ambiente, della Tutela del Territorio del Mare Hybrid Commercial Vehicle (HCV) Massimo Ceraolo 7 PQ - Unione Europea

9 Altre info Impianto cogenerativo di piccola taglia con gassificazione della biomassa legnosa (ICGBL) Paolo Di Marco Regione Toscana Bando Unico R&S Anno POR CREO FESR SUMA_Struttura urbana multifunzionale attiva Massimo Ceraolo Regione Toscana/ Accordo di Programma MIUR SIGS_Sistema Integrato Geotermico Solare di Riscaldamento e Raffrescamento in logica Smart Grid Umberto Desideri Regione Toscana/ Accordo di Programma MIUR

10 MIB_Microcogeneratore a biomasse Romano Giglioli Regione Toscana/Fondi Strutturali

11 Laboratori Accumulatori Elettrochimici Caratterizzazione sperimentale, verifiche prestazionali, prove di vita per accumulatori elettrochimici e super-condensatori in camera climatica (-20 C, +45 C). Correnti fino a 500 A, tensioni fino a 60 V, potenze fino a 10 kw. Convertitori, Macchine e Azionamenti elettrici Test di azionamenti elettrici di piccola e media taglia. Potenze fino a 50 kva. Veicoli Stradali Banco a rulli per test di veicoli a 2 e 4 ruote (utilitarie, veicoli ad uso urbano). Velocità simulata fino a 150 km/h, potenza massima 60 kw; con ventilazione asservita alla velocità simulata e ausilio alla realizzazione di cicli predefiniti. Mini-grid "Navicelli" Laboratorio che consente attività di simulazione in campo di sistemi virtual power plant.

12 Didattica Corso CFU CdL Controllo dei Sistemi Elettrici di Produzione e Trasmissione 12 Elettrica magistrale European Master in "Sustainable Energy System Management" Veicoli Elettrici e Ibridi Sistemi Elettrici di Bordo Gestione dei Sistemi Elettrici e Tecnica ed Economia dell'energia Qualità e affidabilità dei sistemi elettrici per l'energia Sistemi Elettrici di Bordo Gestione dei Sistemi Elettrici (Modulo dell'insegnamento Gestione Aziendale e dei Sistemi Elettrici) Reti Elettriche (Modulo dell'insegnamento Reti e Componenti Elettrici di Potenza) Sistemi Elettrici (Modulo dell'insegnamento Apparati e Sistemi Elettrici) Impianti elettrici in media e bassa tensione Gestione del rischio nell'uso di apparecchiature e impianti elettrici Direttore per UniPi del Master Europeo coordinato da EUREC LM: Ingegneria dei Veicoli LM: Ingegneria dei Veicoli; LM: Ingegneria Elettrica Magistrale in Ingegneria Energetica Ing.Elettrica Magistrale LM: Ingegneria Elettrica Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Elettrica Corso di Laurea in Ingegneria dell'energia Corso di Laurea in Ingegneria dell'energia Magistrale in Ingegneria Elettrica Tecniche della Prevenzione nell'ambiente e nei Luoghi di Lavoro (Professioni sanitarie della