Stefania Conti Università degli Studi Docente di Dinamica e Controllo dei Sistemi Elettrici

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1 Verso le Smart Grids Docente di Dinamica e Controllo dei Sistemi Elettrici 1

2 Evoluzione in corso delle reti di distribuzione Reti Passive Nascono in un contesto di integrazione verticale del sistema elettrico di potenza. Sono concepite per la distribuzione a carichi che prelevano potenza dalla rete, secondo il criterio fit & forget, proveniente dai grandi centri di produzione e dai livelli del sistema a tensione superiore. Hanno struttura radiale, secondo tradizionali criteri tecnicoeconomici (economicità del sistema, semplicità protezioni, relativa affidabilità). Direttiva 96/92/CE In Italia recepimento con Decreto Bersani (Liberalizzazione del Mercato dell Energia Elettrica) Direttive dell AEEG Spinta verso la qualità e la continuità del servizio Livelli tendenziali ed incentivi/penali Incentivi governativi alla diffusione delle energie rinnovabili S. Conti Distributed Generation and Distribution Networks 2

3 Necessità di sviluppo eco-sostenibile a fronte di un costante aumento dei consumi Avvicinamento dei centri di produzione a quelli di carico con la generazione diffusa (GD) Efficientamento i t energetico degli impiantii Necessità di livellamento delle curve di domanda Reti Attive I criteri tradizionali di pianificazione ed esercizio non sono più adeguati a mantenere il corretto funzionamento del sistema in presenza di GD Si effettuano monitoraggio e controllo in diversi nodi di rete per ottenere il massimo sfruttamento possibile dell infrastruttura. Permangono definiti limiti di penetrazione. 3

4 Impatto della Generazione Distribuita (GD) DEF: Insieme dei sistemi di generazione di varia tecnologia, di taglia compresa, tipicamente, tra il kw e la decina di MW, connessi alle reti di distribuzione di MT e BT, in assenza di pianificazione e dispacciamento centralizzati. Principali effetti negativi: Alterazione dei profili di carico lungo le linee rispetto ai modelli tradizionali e bidirezionalità dei flussi di potenza Aleatorietà della potenza disponibile da generatori basati su fonti energetiche rinnovabili Difficoltà di regolazione della tensione Incremento delle correnti di corto circuito Perdita di selettività delle protezioni di rete Potenziale malfunzionamento delle protezioni anti-islanding (intervento intempestivo o mancato intervento) 4

5 Dove stiamo andando? Nella prospettiva di dover gestire un sistema elettrico con prestazioni superiori i si punta verso un sistema più intelligente piuttosto che solo più stressato! La GD può e deve diventare una risorsa. 5

6 Finalità del processo evolutivo internazionale La creazione di una rete più intelligente è la risposta alla necessità di avere un sistema elettrico più efficiente e sostenibile, più affidabile ed elastico, atto a consentire di mantenere un elevato livello della qualità della vita. Modernizzazione delle reti di trasmissione e distribuzione (anche topologica) Copertura del crescente consumo di energia, riduzione delle perdite Risposta ai problemi ambientali ed alle nuove politiche energetiche Monitoraggio dello stato della rete e raccolta dati Ottimizzazione e controllo della potenza prodotta dalla GD Incremento di affidabilità, sostenibilità e sicurezza di esercizio Minimizzazione di frequenza e durata delle interruzioni, nonché del rischio di blackout Integrazione delle energie rinnovabili col mercato dell energiaenergia elettrica Necessità di rendere più attivo e consapevole il ruolo degli utenti del sistema elettrico. 6

7 Nasce il Paradigma di Rete Intelligente (Smart Grid European Technology Platform 2006) Rete che integra intelligentemente le azioni di tutti gli utenti connessi produttori, consumatori e prosumers al fine di distribuire energia in modo efficiente, sostenibile, economicamente vantaggioso e sicuro. La Smart Grid utilizzerà prodotti e servizi innovativi assieme a tecnologie intelligenti di monitoraggio, controllo, comunicazione, auto-diagnostica e auto-riparazione al fine di: facilitare la connessione e l operatività di generatori elettrici eterogenei di varie dimensioni e tecnologie; fornire ai consumatori strumenti ti per contribuire i ad ottimizzare i il funzionamento del sistema globale; dare ai consumatori maggior informazione e potere di scelta; ridurre significativamente ifi t l impatto ambientale dell intero sistema elettrico; aumentare il grado di affidabilità e sicurezza del sistema elettrico. 7

8 Altre def. dal Nord America (2009) US U.S. Department of Energy (DOE) A smart grid uses digital technology to modernize the electric system from large generation, through the delivery systems to electricity consumption and is defined by seven enabling performance-based functionalities: customer participation, integration of all generation and storage options, new markets and operations, power quality for the 21st Century, asset optimization and operational efficiency, self healing from disturbances, and resiliency against attacks and disasters Electric Power Research Institute (EPRI) The term smart grid refers to a modernization of the electricity delivery system so it monitors, protects, and automatically optimizes the operation of its interconnected elements from the central and distributed generator through the high-voltage network and distribution system, to industrial users and building automation systems, to energy storage installations and to end-use consumers and their thermostats, electric vehicles, appliances, and other household devices. 8

9 Fattori di influenza sulle Smart Grids a livello internazionale Technology & Infrastructures Diffused Generation Climate and Energy Package (EU) SmartGrids come mezzo indicato da EU SET Plan 9

10 10

11 Da dove nascono le prime criticità Impatto della generazione distribuita sul sistema di distribuzione, originariamente concepito per una diversa funzione ed intrinsecamente più debole dal punto di vista elettrico. Realizzazione e gestione dell infrastruttura di comunicazione per monitoraggio, controllo e protezione del sistema (bassa quantità di informazione ma elevata affidabilità anche in assetto dinamico) interoperabilità tra soggetti ed apparecchiature. 11

12 Principali standard e normative vigenti di forte impatto sulla gestione della distribuzione EN 50160: Caratteristiche della tensione fornita dalle reti pubbliche di distribuzione dell energia elettrica, 04/2008. CEI : Impianti di produzione di energia elettrica e gruppi di continuità collegati a reti di I e II categoria, 08/2000. CEI : Regola tecnica di riferimento per la connessione di utenti attivi e passivi alle reti AT ed MT delle imprese distributrici di energia elettrica, 02/2008. CEI 1058: Regola tecnica di riferimento per la connessione di utenti attivi e passivi delle reti BT delle imprese distributrici di energia elettrica, 06/2010. IEC 61850: Communication networks and systems for power utility automation Delibere AEEG relative alla continuità del servizio che i gestori devono garantire nelle reti di distribuzione (333/07) Posizione di AEEG con ARG/elt 39/10 in merito al field-test Procedura e criteri di selezione degli investimenti ammessi al trattamento incentivante ( ) 12

13 Funzioni e Tecnologie chiave per l implementazione delle Smart Grids dal Report del Technology Action Plan Smart Grids di Italia e Corea per il Major Economy Forum on Energy and Climate ( ) 2012) 13

14 Technology / Capabilities Functionality Technology / Capabilities Enablement 1 Active demand response and integration with smart homes 2 Smart metering infrastructure and data processing 3 Integration of small- and largescale renewable energy sources and storage Demand-side user participation and response to the market Time-based energy consumption management based on the market s various price signals and the grid s critical and emergency performance requirements Reading remote energy consumption Real-time, bi-directional information exchange between consumer and utility/retailer Green energy production through renewable energy sources, to reduce high CO2 emissions Real-time, bi-directional information flow Smart metering Smart home (e.g., smart appliances, energy portal) Consumer programs and user interface Electricity price diversity Real-time, bi-directional information flow Smart metering Interoperability and standardization Data security measures Renewable generation technology and grid integration: performance, lifespan, and cost Energy storage to mitigate technical challenges related to dispatch and control issues Reinforcement of the transmission and distribution (T&D) networks Safety and protection schemes Grid operation and control guidelines Engineering, maintenance, safety standards, and guidelines 14

15 Technology / Capabilities Smart Grids: Rivoluzione Functionality nella Distribuzione dell Energia Technology Elettrica / Capabilities Enablement 4 Infrastructure to host electric Catania, 9 Novembre Central or 2010 local charging and discharging New and reinforced T&D infrastructure vehicles of electric vehicles Charging station technology Billing for charging electric vehicles (gridto-vehicle) Crediting for supply of ancillary services to the grid (vehicle-to-grid) Specific ICT schemes Billing technologies Solutions/technology standardization Business model definition Engineering and maintenance standards and guidelines 5 Embedded sensing automation, protection, ti and control Intelligent fault and outage detection based on the sensing system combined with advanced analytics Self-healing grid State estimation enabling real-time dynamic and static ti system stability analysis Grid risk and margin evaluation Power system optimization Failure probability Predictability of possible severe grid disturbances leading to major power system outages and blackouts Power system reliability improvement Advanced sensors Advanced d technology Interoperability and standardization Knowledge rules Engineering and maintenance standards and guidelines 6 Integrated distributed communication and data security Real-time data transfer between grid assets between generation, transmission, distribution, and end user Secure access and data management for all smart grids stakeholders Technology developments (PLC, IP, etc.) Standardization between various smart grids communication technology solutions Interdependence between electric and communication infrastructure Cyber security/data/information 15 standards and rules

16 Technology / Capabilities Functionality Technology / Capabilities Enablement 7 Advanced system operation Dynamic security assessment Wide-area grid reliability improvements Advanced simulation/estimation methods and tools 8 Advanced system management Optimum equipment performance (effective asset utilization) Condition and performance-based maintenance Advanced sensing equipment Dynamic engine, methods, and tools 9 Advanced system planning System planning considering real-time system impacts from large-scale e integration of renewable energy resources, high penetration of distributed generation, and chargeable electric vehicles 10 Innovative power technologies Grid reliability improvements Grid efficiency and asset utilization improvements Effective integration of distributed and renewable energy technologies Advanced planning/ simulation/ estimation methods and tools New and reinforced T&D infrastructure Grid codes, standards, and regulations Advanced technology Interoperability and standardization Construction and engineering standards and guidelines Regulation and finance 16

17 17

18 Smart Grids come incentivo allo sviluppo tecnologico 18

19 Potenziali barriere per lo sviluppo delle SM 19

20 Le azioni internazionali in atto riguardano: Politiche energetiche adottate Iniziative tecnologiche (progetti pilota ed implementazioni test) Sil Sviluppo normativo Promozione della conoscenza e delle capacità tecniche Sicurezza informatica e riservatezza delle informazioni 20

21 Principali misure generali di politica energetica Climate and Energy , 2008 (EU) EISA 2007 (US): Energy Independence &SecurityAct ACES 2009 (US): American Clean Energy & Security Act Regulatory Review (UK): 21

22 Sviluppo, progetti pilota e realizzazione Europa (integrazione RES e partecipazione prosumers) Progetti Europei nell ambito del 6 e 7 PQ (es. ADDRESS) Spiccano i Progetti Italiani nell ambito della Ricerca sul Sistema Elettrico (MSE) EEGI: European Electricity Grid Initiative Telegestore (Italia) E-Energy Energy Project (Germania) Smart Grid Initiatives (Francia) Amsterdam Smart City (Paesi Bassi) Smart metering e infrastrutture tt di comunicazione i (Spagna) Cell Controller Pilot Project (Danimarca) Energy Systems Tomorrow (Austria) OFGEM Registered Power Zones (U.K.) AEEG (Italia) 22

23 International Smart Grid Action Network (ISGAN) a luglio 2010 Australia, Belgium, Canada, China, the European Commission, France, India, Italy, Japan, Korea, Mexico, Norway, Russia, Sweden, the United Kingdom, and the United States. 23

24 Grazie per la Vostra attenzione! it/users/sconti/ 24

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