La Rete Elettrica di Trasmissione Nazionale e la Sfida delle Energie Rinnovabili

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1 La Rete Elettrica di Trasmissione Nazionale e la Sfida delle Energie Rinnovabili Implicazioni sulla gestione della RTN a seguito dello sviluppo degli impianti a Fonti di Energia Rinnovabile Giorgio Maria Giannuzzi Responsabile Analisi dell Esercizio Terna Rete Italia Giornata di Studio AEIT Firenze, 2 Aprile 203

2 L impatto della Generazione Distribuita La Generazione Distribuita (GD) ha rivoluzionato in pochi anni il mondo della produzione. Da poche grandi centrali in alta tensione a tante piccole produzioni diffuse nelle reti MT e BT Da centrali rotanti in grado di rispettare un programma di produzione prestabilito, a unità di generazione in larga parte statiche con produzione a carattere discontinuo. Da impianti di generazione dotati di un ampia gamma di servizi di rete (regolazioni automatiche di frequenza e tensione, insensibilità agli abbassamenti di tensione, rifiuto del carico, ecc ) a produzioni prive di tali servizi o con servizi limitati. Il rinnovabile non è monitorato in tempo reale. La previsione sul breve-medio termine non si basa su misurazione diretta 2

3 L impatto della Generazione Distribuita: l eolico L intensità del colore nella mappa indica la concentrazione in potenza della generazione eolica Potenza installata circa 8000 MW soprattutto nel Sud Italia Il 92% degli impianti sono connessi alle reti 50/32 kv Eolico AT MT BT 030 MW Fonte:Terna 920 MW 40 MW 70 MW 980 MW 3

4 L impatto della Generazione Distribuita: il Fotovoltaico L intensità del colore nella mappa indica la concentrazione in potenza della generazione fotovoltaica Circa 900 MW su AT AT MT BT Fotovoltaico Fonte:GSE 4

5 L impatto della Generazione Distribuita Idrico Solare Termico Idrico Termico La produzione fotovoltaica in una giornata serena supera MW di picco Nella settimana considerata (giugno Import 202) tale Estero produzione corrisponde a circa: il 6% della punta di carico il mercoledì il 25% della punta di carico la domenica 5

6 Qualche considerazione L incremento è esponenziale Le previsioni per il 2022 vedono circa MW di fotovoltaico e 400 MW di eolico Il fotovoltaico si aggiunge alla generazione distribuita da altre fonti Il rinnovabile BT- MT è quantificabile tra /3 e /4 del fabbisogno nelle ore basso carico Non è monitorato in tempo reale La previsione sul breve-medio termine non si basa su misurazione diretta Ogni cabina primaria che sottende rinnovabile è un generatore equivalente ; pertanto il distributore deve fornire al TSO le seguenti informazioni in tempo reale: carico generazione differenziata per fonte totale di cabina 6

7 L impatto della Generazione Distribuita: l inerzia L inerzia delle masse rotanti negli impianti di generazione tradizionali permette di superare le brusche variazioni di carico e dunque riduce le variazioni di frequenza Dagli impianti rotanti con elevata inerzia si è passati a produzioni statiche ad inerzia zero 7

8 Generatori convenzionali Funzionamento stabile tra 47.5 Hz and 5.5 Hz Rinnovabile su reti Distribuzione In Italia, sino a marzo 202 garantivano funzionamento stabile tra 49.7 Hz and 50.3 Hz? 8

9 Frequenza Esempio perdita Produzione frequenza [Hz] Produzione [pu] Produzione < Carico Frequenza Produzione + Import Carico 9

10 Frequenza Esempio perdita carico Produzione > Carico Frequenza Produzione [pu] Frequenza [Hz] Carico Produzione + Import 0

11 Le prime avvisaglie Nel 20 in Sicilia, durante un periodo di esercizio in isola elettrica, si manifesta l effetto di un parco GD ormai cospicuo scatto di un gruppo termico distacco generazione distribuita Frequenza [Hz] distacco EAC :34: :34: :34: :34:4.40 0:34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34:59.760

12 Effetto della perdita del rinnovabile scatto di un gruppo termico distacco generazione distribuita :34: :34: :34: :34:4.40 0:34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: :34: Frequenza [Hz] distaccoeac P [MW] Squilibrio carico/generazione Gruppi convenzionali Alleggerimento + Deficit - Perdita GD t [s] Perché le norme CEI consentivano il distacco in un range ristretto? Perché concepite in un sistema di distribuzione a carico prevalentemente PASSIVO 2

13 Evoluzione del rinnovabile: sino a febbraio 202 Le norme che fungono da Grid Code dei distributori sono CEI 0-6 (MT) e CEI 0-2 (BT) Non sono norme di prodotto (ossia definiscono l interfaccia e non garantiscono che l impianto possa avere comportamenti non corretti) Non definiscono né tengono conto dei requisiti di sistema Terna, coinvolta dall estate 20 nei comitati CEI ha introdotto alcuni requisiti fondamentali di sistema nel CEI 0-2; nella pubblicazione di dicembre 20 CEI subordina l obbligatorietà dei requisiti alle direttive della delibera AEEG. A valle della direttiva devono essere quindi modificate CEI 0-2 e CEI 0-6 3

14 A. 70 delibera AEEG 8 marzo 202 NUOVI IMPIANTI Rete (BT-MT) Data entrata in esercizio dell impianto Applicabilità delle prescrizioni MT aprile 30 giugno 202 Si applicano i paragrafi 5 e 8 (campo di funzionamento e protezioni) MT luglio - 3 dicembre 202 Si applica l intero allegato A.70 MT Dopo 3 dicembre 202 Impianti e dispositivi devono essere conformi all Allegato A.70 e certificati ai sensi della Norma CEI 0-6 modificata BT aprile 30 giugno 202 Si applica il paragrafo 5 (49 Hz-5 Hz) BT luglio -3 dicembre 202 Si applica l intero allegato A.70 e la norma CEI 0-2 modificata ad eccezione del paragrafo sulla regolazione di tensione (7.2.) BT Dopo 3 dicembre 202 Impianti e dispositivi conformi all Allegato A.70 e certificati ai sensi della Norma CEI 0-2 modificata Impianti esistenti Gli impianti > 50 kw in MT e solo per paragrafi 5 ed 8, devono adeguarsi entro il 3 marzo 203 4

15 L impatto della Generazione Distribuita: la Frequenza 5.5 DISTACCO GENERAZIONE CONVENZIONALE DISTACCO GD in MT e BT DISTACCO GD in MT e BT PIANO DI ALLEGGERIMENTO DEL CARICO 47.5 DISTACCO GENERAZIONE CONVENZIONALE 5

16 A. 70 concetti base di sistema (capitolo 5) Per il funzionamento di un impianto, gli intervalli garantiti in frequenza sono indipendenti dal livello di tensione cui l impianto è connesso 49.7 Hz f 50.3 Hz 47.5 Hz f 5.5 Hz 85% Vn V 0% Vn In questo modo gli impianti danno contributo e sostengono il piano di difesa 6

17 A. 70 concetti base di sistema (capitolo 8) Per recepire le esigenze di selettività tra guasto locale e di sistema, si propone uno schema basato su un consenso in tensione. f f < 47,5 Hz f > 5,5 Hz Scatto ritardato,0 s Scatto ritardato 4,0 s f < 49,7 Hz f > 50,3 Hz or V V0> Soglia Scatto ritardato 0, s Vi > Soglia Vd< Soglia or & 7

18 L impatto della Generazione Distribuita: Tarature dei relè di frequenza e tensione Linea MT Situazione pre Norme CEI Cabina Primaria Guasto o separazione di rete in AT V 59N Non basta adeguare le tarature della Protezione di Interfaccia alle nuove norme CEI 52 I 52G 52G 52G < 8> Se contemporaneamente non vengono allineate le tarature di frequenza e di tensione nelle protezioni delle unità di generazione, il beneficio per il sistema E NULLO! 8

19 A. 70 concetti base di sistema (capitolo 6) Ogni cabina primaria che sottende rinnovabile è un generatore equivalente ; pertanto il distributore deve fornire a TERNA le seguenti informazioni in tempo reale: carico generazione differenziata per fonte totale di cabina Tali informazioni possono essere direttamente misurate o in una prima fase, stimate. 9

20 L impatto della Generazione Distribuita: la Tensione Effetti di un cortocircuito nella rete a 380 kv Icc generatori FV, In Icc generatori sincroni 4 5 In La sostituzione di generatori rotanti con generatori FV diminuisce le correnti di cortocircuito (Icc ) ed allarga l area di disturbo in tensione V< 90% V n post FV tensione V< 90% V n ante FV distanza 20

21 L impatto della Generazione Distribuita: la Tensione Risposta di un gruppo convenzionale Tensione di eccitazione Tensione ai morsetti 2

22 A. 70 concetti base di sistema (capitolo 7) Gli impianti devono resistere a perturbazioni severe in tensione sulla RTN e dare il tempo, alle protezioni del sistema primario, di estinguere i guasti 22 22

23 L impatto della Generazione Distribuita: la tensione LVRT e OVRT per generatori statici MT ( CEI 0-6),3,25,2,5, Zona di distacco ammesso Caratteristica OVRT,5 nsione (%Vn) Ten,0 0,9 0,85 0,8 0,7 Zona di distacco non ammesso Caratteristica LVRT Caratteristica LVRT 0,85 0,6 0,5 0,4 Zona di distacco ammesso Zona di distacco ammesso 0,3 0,2 0, Tempo (ms) 23

24 A. 70 concetti base di sistema (capitolo 8) Regolazione comportamento in sovrafrequenza riconnessione automatica degli impianti startup immissione graduale della potenza in fase di 24

25 Attività in ENTSOE: SPD AD HOC TEAM Censimento del rinnovabile e valori di scatto Risk assessment del fotovoltaico (50.2 Hz problem) Valutazione dei programmi di retrofitting Adeguamento dei requisiti presenti nei codici di connessione europei Raccomandazioni per la difesa del sistema 25

26 Adeguatezza del sistema Generation Surplus Produzione convenzionale -Regolazioni -Riserve -Vincoli Programmi di scambio tra aree Generazione distribuita Carico + Perdite 26

27 L impatto della Generazione Distribuita NORMATIVA SU RINNOVABILI Allegato A.7 Sistemi di controllo e protezione centrali eoliche Allegato A.68 Impianti di produzione fotovoltaica. Requisiti minimi per la connessione e l esercizio in parallelo con la rete AT Allegato A.70 Regolazione tecnica dei requisiti di sistema della generazione distribuita Allegato A.72 Procedura per la Riduzione della Generazione Distribuita in condizione di emergenza del Sistema elettrico Nazionale (RIGEDI) CEI 0-6 Regola tecnica di riferimento per la connessione di utenti attivi e passivi alle reti AT ed MT delle Imprese distributrici di energia CEI 0-2 Regola tecnica di riferimento per la connessione di utenti attivi e passivi alle reti BT delle Imprese distributrici di energia 27

28 Hunc igitur terrorem animi tenebrasque necessest non radii solis neque lucida tela diei discutiant, sed naturae species ratioque. Tito Lucrezio Caro, De rerum natura Liber I (vv ) -Giorgio Maria Giannuzzi DSC IDC Analisi di Esercizio Grazie dell attenzione 28