SMART GRID & SMART STORAGE Il nuovo supporto alle Rinnovabili

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1 SMART GRID & SMART STORAGE Il nuovo Antonio Zingales SAET ANIMP Milano 26 Giugno 2012 Gestione della Rete energie rinnovabili e mercato del gas: quali risposte dai cicli combinati?

2 La fotografia dei recenti prezzi medi energia nelle 5 macro aree Italia, mostra : Una elevata differenza con i prezzi internazionali ( +30%) Una disomogeneità tra zone rispetto al PUN Prezzo Unico Nazionale L esistenza di sezioni con elevata frequenza di congestione.

3 Il convegno si propone di rispondere a questa situazione analizzando i tre fattori: GESTIONE RTN ENERGIE RINNOVABILI MERCATO GAS CCPP

4 COME FAR FRONTE ALLE MAGGIORI NECESSITÀ DI RISERVA DEL SISTEMA ELETTRICO? CCPP Flessibilizzazione degli impianti termoelettrici convenzionali Sviluppo degli impianti di punta GESTIONE FLUSSI DI RETE Nuovo impiego (accellerazione) degli impianti di pompaggio Modulazione dell importazione (PST-HVDC) SMART GRID & SMART STORAGE Flessibilizzazione della domanda e dell offerta distribuita Nuovi sistemi di accumulo concentrati e distribuiti gestiti smart

5 In questa sezione dedicata ai SERVIZI DI RETE vorremmo analizzare alcuni provvedimenti SMART per favorire l efficiente utilizzo delle FRNP (fonti rinnovabili non programmabili) che al crescere della penetrazione hanno determinato : Congestioni di rete AT ed AAT Maggiore disomogeneità tra le aree Possibile instabilità del Sistema Elettrico SMART GRID LA RETE DEL FUTURO DEVE ESSERE SMART

6 Perchè è cresciuta l energia intermittente, non modulabile (non modificabile su un programma predefinito) Perchè la compravendita internazionale di energia ha portato a scambi intensi e variabili sulle reti interconnesse (rapide inversioni PST-HVDC) Perchè a fronte della crescente GENERAZIONE DIFFUSA spesso la RTN non è cresciuta adeguatamente e viene gestita al limite

7 Al crescere della Penetrazione delle energie rinnovabili intermittenti non prevedibili (Wind + Solar) cresce il rischio di instabilità perchè non c è una corrispettiva potenza di regolazione primaria. Solar Power 12,5 GW

8 Al crescere delle energie rinnovabili intermittenti non prevedibili (Wind + Solar) ci sono situazioni critiche specie nelle giornate estive festive con GW di assorbimento e GW di FRNP. Penetrazione 50% cresce il rischio di instabilità

9 IL RISCHIO INSTABILITÀ CRESCE Frequenza Con MW di FV connessi in alcune situazioni la rete odierna è già critica (rischio di perdita > 3000MW instabilità) Nel maggio 2011, in Sicilia la perdita di un unità di produzione da 150 MW ha indotto la perdita di 80 MW di FV, rendendo necessario l uso degli alleggeritori di carico per evitare il black-out La situazione è resa ancor più critica dal distacco immediato del FV in occasione di disturbi sul sistema Elettrico Consumi Produzione

10 PROVVEDIMENTI DI RETE TERNA A17-A68 I GRANDI IMPIANTI EOLICI E FV DEVONO CONTRIBUIRE AI SERVIZI DI RETE Regolazione di potenza attiva e reattiva Riduzione di potenza Insensibilità agli abbassamenti di tensione Regolazione della potenza in rete in funzione della frequenza insensibilità agli abbassamenti di tensione

11 SCAMBIO INFORMAZIONI SECONDO ALL17-68 SISTEMI DI TELEDISTACCO DELLA PRODUZIONE( 6.3.1) UPD M TELEINFORMAZIONI ( 6.3.1) : gestione azioni necessarie alla salvaguardia del Sistema Elettrico Nazionale SCADA REGOLAZIONE DELLA POTENZA REATTIVA( 7.2) REG-INV CONTROLLO PRODUZIONE ( 7.1) REGOLAZIONE POTENZA ATTIVA ( 7.3)

12 Proponiamo tre provvedimenti SMART di supporto alle rinnovabili: 1) La partecipazione delle rinnovabili alla regolazione primaria per grosse FRNP (> 10 MW) 2) La raccolta delle folate di vento con sovraccarico elettrico (MPE Mancata Produzione Eolica) 3) Lo storage che rende le rinnovabili a profilo prevedibile

13 1 FRNP CON REGOLAZIONE PRIMARIA Al fine di rispettare gli standard di sicurezza nella gestione del sistema elettrico, il Codice di Rete (art ) prescrive che gli impianti di generazione debbano rendere disponibile una banda di regolazione primaria non inferiore all 1,5% della potenza efficiente (10% in Sardegna e in Sicilia se in isola ). Da tale obbligo sono esclusi (art. 1B.5.6.1) gli impianti da FRNP. Priorità Dispacciamento Non obbligo riserva. Ma allora perché non pagare alle FRNP il servizio se partecipano alla Regolazione?

14 1 Campo Fotovoltaico di Canaro 48 MW Con partecipazione regolazione primaria

15 1 Occorre che le FRNP partecipino alla Regolazione L impatto delle FRNP sulla sicurezza del sistema elettrico

16 1 Riserva del 1,5 % per regolazione Pr. Regolazione della potenza in rete in funzione della frequenza

17 1 Regolazione primaria & STORAGE Per garantire una riserva più elevata (e che quindi dovrebbe essere più remunerata) lo strumento più adatto è lo STORAGE, indicativamente dimensionato sul nuovo valore di potenza Pn ( %) con energia pari a circa 20%Pn x 0,2 h, per cui: tempi di risposta rapidi (dell ordine dei secondi), per cui i sistemi di accumulo elettrochimico risultano perfettamente adeguati consente la prestazione di RISERVA REGOLANTE per le FRNP sviluppa le Rinnovabili : infatti lo sviluppo di FER implicherebbe una riduzione del margine di regolazione primaria, ma con l introduzione di sistemi di accumulo si può aumentare tale margine elemento a favore dell integrazione delle RES

18 2 LA RACCOLTA DELLE FOLATE DI VENTO La MancataProduzione Eolica ha toccato i 700 GWh nel 2009 e i 470 GWh nel 2010, con l installazione prevista da TERNA di 130 MW di batterie, localizzate nelle provincie di Foggia, Avellino, Salerno e Benevento, è prevista un incremento da fonti rinnovabili per circa 230 GWh/anno con riserva pronta aggiuntiva per circa 410 GWh/anno.

19 2 LA RACCOLTA DELLE FOLATE DI VENTO Il gestore, per garantire la sicurezza del sistema, in occasione delle folate di vento che portano il sovraccarico sulla linea, attraverso una comunicazione (UPDM) obbliga il produttore a non evacuare energia in rete garantendo comunque una remunerazione economica per la mancata produzione. Si tratta in effetti di un meccanismo che tutela il produttore ma non la produzione.

20 2 Quando la ventosità intensa interessa simultaneamente diversi campi eolici collegati sulla stessa linea 150 kv, è possibile il sovraccarico (soprattutto in linee progettate con funzione di distribuzione).

21 2 Allora l accumulo funge da collettore di energia e deve essere dimensionato sulla massima area di sovraccarico.

22 2 Unità di Storage localizzate nelle provincie di Foggia, Avellino, Salerno e Benevento Principali Funzioni MPE Congestioni di Rete Unità di Storage 10 MW-50 MWh

23 2 Applicazioni di Energia Applicazioni ESS: Time shift Peak shaving Power balancing Rifasamento Regolazione V-f Black start Applicazioni di Potenza Power quality Active Filtering

24 2 La soluzione Energy Storage è costituita dal parallelo di un insieme di accumulatori, connessi alla rete MT attraverso un trasformatore MT/BT. Control unit Ciascun sistema ESS è composto dai seguenti elementi principali: Trasformatore MT/BT Sistema Convertitore Sistema di batterie Sistema Monitoraggio Batterie SCADA regolazione smart Quadri MT, BT, ausiliari

25 2 Batterie EES in CONTAINER con - climatizzazione e antiincendio - pavimento flottante - accessi per manutenzione Trasformatore Quadri MT Inverter Quadri BT, ausiliari, SCADA Taglia: tipico multipli di 1 MW - 1MWh 25

26 2 LA RACCOLTA DELLE FOLATE DI VENTO In sostanza lo STORAGE finalizzato alla Mancata Produzione Eolica, risolve anche problemi di congestione ed ottimizza la risorsa vento perché con il time shifting si sostituiscono con una gestione SMART i MWh costosi (dei turbogas) nel carico di punta con l energia WIND.

27 2 LA RACCOLTA DELLE FOLATE DI VENTO E poi da tenere presente che la potenza eolica è intermittente e, quindi, anch essa può improvvisamente variare profondamente. La maggiore variazione si verifica in corrispondenza dell intensificazione del vento, quando la velocità delle raffiche arriva a superare il limite di cut out degli aerogeneratori. In questo caso, il sistema automatico di protezione mette in bandiera le pale riducendo rapidamente a zero la potenza erogata dalle macchine. Pertanto, l erogazione può passare bruscamente da Pmax a zero con una variazione d ampiezza: anche in questo caso una regolazione SMART può immettere rapidamente lo Storage in rete (inversione rapida). Distacco WTG

28 3 PROFILO DI SCAMBIO PREVEDIBILE [art.15, comma1ettera e) decreto ministeriale 6 agosto 2010] Profilo (campo fotovoltaico tra 200 kw e 10 MW) che rispetta un programma orario nelle ore comprese tra le 8:00 e le 20:00, comunicato il giorno prima con un margine di errore del 10% per almeno 300 giorni all anno Per i sistemi con profilo di scambio prevedibile, le tariffe incentivanti sono incrementate del 20% relativamente all energia elettrica prodotta in ciascun giorno in cui sono verificate le condizioni di cui sopra.

29 3 RINNOVABILI A PROFILO PREVEDIBILE CON LO STORAGE Come dimensionare lo STORAGE? P(potenza max errore %) x tempo (dipendente dal ciclo di impiego) STORAGE Energy Size PV P x f(t ore di luce ) Wind P x f(t ore ciclo pres. ) Ciclo 24 h Ciclo da Meteo

30 3 RINNOVABILI A PROFILO PREVEDIBILE CON LO STORAGE Andamento SOLAR Attualmente la previsione eolica con anticipo di 24 ore può essere effettuata, con un errore medio dell ordine del 20% dell immesso mentre per quanto riguarda la produzione fotovoltaica si raggiunge un errore medio dell ordine del 10%. Andamento WIND

31 3 PRODUZIONE SOLAR Usualmente si dice che la produzione fotovoltaica è sincrona alla domanda di energia, a ben guardare però il picco di produzione PV è solo inizialmente sovrapposto alla punta mattutina della richiesta. Purtroppo, però, il massimo di produzione PV risulta slittato di qualche ora rispetto al picco della domanda. Inoltre, la potenza PV porta uno scarso contributo all alimentazione del picco serale, che è quello più rilevante della giornata.

32 3 PRODUZIONE SOLAR E significativo inoltre focalizzare la massima variazione improvvisa - alla quale far fronte con lo storage- che statisticamente per il fotovoltaico si prende cautelativamente intorno al 70% del picco (massima variazione repentina tra sole e nuvoloso)

33 3 PREVISIONE WIND Con la fonte eolica i cicli si possono solo ipotizzare sulla base di previsioni METEO e su questa previsione si basa la strategia di regolazione carica scarica. Andamento WIND

34 3 Analizziamo infine la regolazione dello STORAGE WIND /SOLAR MEASURES (real time) BATTERY SCADA POWER FREQUENCY REGULATION per ottenere questi vantaggi deve essere SMART. RTN Data Base Monitoring Regulating STORAGE.

35 PROVVEDIMENTI SMART Per chi Funzione Motivo Prod. FER (es. 10MW-PV) Prod. FER (es. 10MW-Wind) TSO (TERNA) Prod. FER (es. 10MW-PV) Prod. FER (es. 10MW-Wind) Partecipazione alla Regolazione Raccolta folate di Vento Profilo prevedibile Incentivo Regolaz. Perdite energia e congestioni Incentivo Previsione Smart SCADA Y Y Y Y Y Smart STORAGE N derating 2MW 0,4MWh N derating 2MW 0,4MWh Y 10MW 50MWh Y 1MW 0,5MWh Y 2MW 3MWh

36 E L UTENTE? ANCHE PER LUI UN RUOLO SMART Sfruttando le nuove tecnologie l utente non sarà più passivo consumatore di energia, ma interagirà con il mercato in tempo reale con l acquisto e la vendita di energia tramite apposite interfacce di tipo web divenendo quindi PRO-ACTIVE CONSUMER PROSUMER.

37 Grazie per l attenzione 37

38 BIBILIOGRAFIA TERNA Piano di Sviluppo 2012 Electricity Storage- Making lagre scale adoption of Wind and Solar Energies a Reality CORNELIUS PIEPER HOLGER RUBEL BCG Boston Consulting Group March 2010 Integrating Energy Storage with The Smart Grid FRANCESCO SESSA ENEL Energy Storage Forum Europe 2012 Rome Energy Storage Systems Value and Innovation in the Management of HV Transmission Grid Francesco Del Pizzo TERNA Energy Storage Forum Europe 2012 Rome Storage Applications in the Italian Transmission Grid to facilitate RES integration ANGELO FERRANTE TERNA Energy Storage Forum Europe 2012 Rome Smart Grids, passaggio obbligato per l integrazione delle rinnovabili in rete MASSIMO GALLANTI - RSE Pavia novembre 2011 L accumulo per il fotovoltaico: facciamo un po di conti DOMENICO COIANTE Aspoitalia 1/novembre/2011

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