La Generazione Distribuita: evoluzione e prospettive. Torna al programma

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1 La Generazione Distribuita: evoluzione e prospettive Torna al programma 1

2 La presentazione al Convegno ATI/AEI di questa memoria si inquadra nell attività che il Gruppo Distribuzione Pubblica dell A.E.I. sta sviluppando, in questi anni di passaggio del sistema elettrico nazionale dal monopolio alla liberalizzazione, con la presentazione di giornate di studio sulle problematiche proprie di una rete di distribuzione di energia elettrica in conseguenza allo sviluppo di un mercato elettrico liberalizzato (pianificazione, qualità del servizio reso agli utilizzatori, studio di nuove soluzioni nella progettazione e nella gestione delle reti) 2

3 In questo ambito si colloca la giornata di studio che il gruppo distribuzione pubblica A.E.I. terrà sul tema della Generazione Distribuita (G.D.), e delle cui memorie la presente è una sintesi. 3

4 La Generazione Distribuita sta conoscendo un crescente sviluppo nelle reti di distribuzione di energia elettrica grazie all incentivazione dell impiego delle fonti di energia rinnovabile, al progresso tecnologico nella realizzazione degli impianti di generazione di media e piccola taglia, ma principalmente alla speranza di avere energia elettrica a più basso costo di quanto non offra oggi il mercato. Essa può anche contribuire a risolvere alcuni problemi di trasmissione dovuti all attuale struttura della Rete di Trasmissione Nazionale. 4

5 Le memorie preparate dal Gruppo Distribuzione Pubblica, per la suddetta giornata, si soffermano in particolare sui seguenti punti: La potenzialità della Generazione Distribuita in rapporto con i vettori energetici esistenti e sua integrazione con i vettori energetici presenti sul territorio; Integrazione e gestione della G.D. con le reti di distribuzione esistenti; Principali criticità dei componenti di rete alla presenza della G.D.; Pianificazione delle reti di distribuzione di energia elettrica alla presenza della G.D.; Ipotesi di nuovi assetti delle reti di distribuzione di energia elettrica utilizzando le possibilità offerte dalla G. D.; Accenni alle normative nazionali ed internazionali. 5

6 Le Potenzialità e l Integrazione della Generazione Distribuita in rapporto con i vettori energetici esistenti vengono correlate agli obiettivi di una politica energetica che si avvalga di una gestione integrata dei vettori energetici. Oltre all'obiettivo principale di fornire alla Clientela l'energia richiesta, gli altri obiettivi esaminati sono: riduzione dell'inquinamento ambientale (in particolare dell'aria); riduzione del consumo di energia primaria (in particolare il consumo di risorse energetiche non rinnovabili); diversificazione negli approvvigionamenti di risorse energetiche; incremento della qualità nella fornitura; massima redditività economica per l'impresa e minimo costo alla clientela; creazione di posti di lavoro qualificato. 6

7 Per l Integrazione e gestione della G. D. con le reti di distribuzione di energia elettrica, sono state valutate le possibili criticità nell esercizio della rete stessa, in condizioni sia di regime sia transitorie. In particolare: livelli delle correnti di corto circuito; sfruttamento di linee e trasformatori; sistema di protezione; regolazione di tensione nelle reti MT; profili di tensione lungo le linee; gestione della rete in condizioni di emergenza (procedure di ricerca del tronco guasto); qualità dell alimentazione il contributo, nella prospettiva di crescita della GD, alla copertura della curva di fabbisogno nazionale ed il contributo ai servizi di dispacciamento (o di rete). 7

8 I Componenti di rete potenzialmente critici (non solo nell ottica del singolo componente, ma del sistema), che si sono considerati, sono: Interruttori di linea (MT o BT) ed interruttori IMS nelle cabine di sezionamento principali (per le linee MT); Interruttori delle utenze passive (sia MT che BT); Protezioni di linea (massima corrente in particolare); Conduttori; Variatore sotto-carico dei trasformatori AT/MT. Altra criticità che si è considerata è il sistema di controllo dei diversi generatori perché la diffusione della generazione distribuita richiede e richiederà sempre più in futuro di cambiare, anche significativamente, il modo in cui i sistemi di generazione e distribuzione sono pianificati ed eserciti. 8

9 Per quest ultima criticità si è considerato che è, già oggi, possibile usufruire delle moderne tecnologie di comunicazione e controllo per operare anche a distanza sistemi dispersi sul territorio come un unica singola centrale di generazione e/o co-generazione ed ottenere il maggior vantaggio nel loro utilizzo. Tale concetto è noto come Virtual Utility o Virtual Power Plant e richiede lo sviluppo di un sistema che sia in grado di decidere la gestione ottimizzata di un aggregato di risorse di generazione distribuite sul territorio. 9

10 Per la Pianificazione delle Reti di Distribuzione in presenza di generazione distribuita si è ritienuto utile evidenziare alcune delle conseguenze più rilevanti in quanto l argomento è stato trattato in modo approfondito nella precedente Giornata del 18 aprile 2001 dedicata alla Qualità dell energia elettrica nella prospettiva di un ampia liberalizzazione del mercato. Si è considerata la complessità dei problemi legati alla previsione di richiesta di carico che è fortemente influenzata non solo dalla presenza della GD, ma anche dalla modalità di esercizio degli impianti a questa dedicati che potrebbe non garantire la disponibilità di potenza dalla GD alla rete nelle ore di punta di carico, quando invece il suo contributo di norma è più utile. La pianificazione del sistema di distribuzione è quindi fortemente vincolata dalla presenza/assenza di regole stringenti di dispacciamento anche della GD stessa che dovrebbero essere simili a quelle che si adottano per la generazione principale connessa alla rete d alta tensione. 10

11 La pianificazione deve anche fare i conti con il problema di escludere possibili funzionamenti in isola indesiderata. Con isola indesiderata si intende la possibilità che un impianto di generazione possa mantenere in tensione anche parti della rete del distributore, nonostante il distributore stesso abbia effettuato manovre dei dispositivi di rete volte a porre fuori servizio parti della rete stessa, con evidenti implicazioni sulla sicurezza e qualità dell esercizio. 11

12 Ipotesi di nuovo assetto delle Reti di Distribuzione di Energia Elettrica utilizzando le possibilità della G. D. Tra le proposte presentate nelle memorie preparate dal Gruppo Distribuzione pubblica dell A.E.I. ci sembrano particolarmente interessanti quelle relative alle cosiddette micro grids e quelle relative alla trasformazione della rete di distribuzione da c.a. a c.c. 12

13 Un possibile interessante sviluppo nell impiego della GD è potenzialmente costituito dalla realizzazione di piccole reti (micro-grids), che riproducono al loro interno la struttura del sistema di produzione e distribuzione dell energia; a seconda che la micro-grid sia o meno elettricamente isolata dal sistema di distribuzione pubblico, si possono distinguere le micro-grid autonome e non autonome. Diversi sono i vantaggi associati alle micro-grid in quanto esse hanno la potenzialità di alimentare un gruppo di utenti adattando la qualità e la natura della fornitura alle esigenze dei consumatori, riducendo potenzialmente i costi di acquisto dell energia. Questa ipotesi di assetto di rete è stata particolarmente approfondita facendo riferimento anche ad un suo eventuale impiego nel nostro Paese. 13

14 La diffusione della GD anche nelle reti in BT, unitamente ad un prevedibile incremento di densità di potenza e di miglioramento della qualità dell energia elettrica richiesta dall utenza, pone le premesse per un riesame degli attuali sistemi distributivi in BT passando ad una rete di distribuzione in CC. Sono state fatte alcune considerazioni col solo intento di evidenziarne le principali prerogative sotto il profilo tecnico senza entrare in valutazioni di tipo economico. È stato sottolineato che la trasmissione in continua dà luogo ad una riduzione delle correnti di guasto e ad un incremento della potenza trasmissibile. La migliore utilizzazione dei cavi interrati potrebbe essere di particolare interesse nel potenziamento della rete in aree cittadine, quali ad esempio i centri storici ad alta intensità abitativa in cui per ragioni estetiche e di spazio può risultare oneroso l interramento di nuovi cavi. 14

15 Per quanto attiene La normativa, in materia, nazionale e internazionale si è fatta distinzione, per quella nazionale, fra l insieme delle regole di buona tecnica e le leggi dello Stato o Direttive dell Autorità competente. La normativa internazionale in materia d interconnessione di generatori distribuiti alle reti di distribuzione MT e BT è alquanto diversificata, poiché, a tuttora, ogni singolo stato o associazione nazionale di società di distribuzione dell energia elettrica, ha predisposto proprie leggi o prescrizioni sull argomento, da un lato per venire incontro alle effettive esigenze di regolamentare la presenza più o meno consistente di generatori distribuiti nelle proprie reti, e dall altro, di incentivare o forme di produzione dell energia elettrica da fonti di tipo rinnovabile o il risparmio dell energia mediante la cogenerazione elettricità-calore. 15

16 Conclusioni Volendo tirare delle conclusioni, una prima considerazione tecnica porta a dire che il potenziale sviluppo della GD in Italia è essenzialmente legato: all implementazione del libero mercato dell energia, alla necessità sempre più impellente di produrre energia in modo ecosostenibile, alla necessità di conseguire un risparmio delle fonti energetiche non rinnovabili e di diversificare l approvvigionamento. In aggiunta si deve osservare che la GD può portare ulteriori benefici significativi al sistema elettrico che possono essere riassunti nei seguenti punti: la GD può consentire di dilazionare nel tempo gli investimenti per il potenziamento della rete di distribuzione; la GD può contribuire ad un azione di peak shaving, particolarmente utile per ridurre i costi dell energia alla punta; la GD può migliorare il livello di qualità del servizio verso l utilizzatore sia fornendo un alimentazione di back-up per l impianto su cui essa è allacciata in occasione di guasti sulla rete pubblica di distribuzione, sia riducendo i buchi di tensione agli utenti. 16

17 Conclusioni Molti di questi potenziali vantaggi continuano ad essere fortemente dibattuti e non vi è un parere unanime su molte questioni. Certamente si può senz altro dire che una valutazione globale degli effetti della GD nelle reti di distribuzione non può essere affrontata in termini generali, perché benefici e problemi sono fortemente legati alla localizzazione delle unità di produzione nella rete ed alla particolare rete di distribuzione considerata. 17

18 Conclusioni Nonostante la GD sia in grado di apportare benefici al sistema, essa trova molti ostacoli nella sua diffusione, principalmente dovuti ai problemi legati alla connessione con la rete di distribuzione. Infatti la rete di distribuzione è essenzialmente passiva, in quanto prevede un solo punto di immissione dell energia, e la sua distribuzione è secondo strutture che sono essenzialmente radiali, talvolta dotate della possibilità di collegamenti ai lati per attuare una controalimentazione. La logica di funzionamento delle protezioni, il controllo e la regolazione di una rete di distribuzione, verificate da anni d esperienza sul campo, sono evidentemente stati scelti in ragione degli schemi adottati ed è comprensibile che le utility siano molto riluttanti ad accettare di modificare lo stato delle cose, dati gli ingenti investimenti necessari. 18

19 Conclusioni Per questi motivi è opinione diffusa che nel breve e medio termine dovrà essere la GD ad adeguarsi alla rete e non il viceversa, anche se certamente una massiccia diffusione della GD oltre i limiti tollerabili non potrà che comportare, nel lungo periodo, una profonda rivisitazione degli schemi di rete e della filosofia di controllo e protezione, che renderà la rete di distribuzione del futuro simile alla attuale rete di trasmissione. 19

20 Conclusioni Certamente sarà necessario modificare il ruolo della rete di distribuzione, che non avrà più la sola funzione di portare l energia agli utenti finali, quanto quella di consentire anche un libero accesso al mercato della generazione a nuovi soggetti. Le modifiche in prospettiva riguarderanno non solo questioni di carattere tecnico (ad es. il coordinamento delle protezioni, il funzionamento in isola intenzionale, la gestione della rete ad anello chiuso, la regolazione della tensione), ma anche di carattere economico e strategico. In quest ottica il passaggio da una gestione radiale ad una gestione magliata appare senza dubbio la soluzione che può avere la maggiore probabilità di essere adottata sia per la relativa facilità di magliare le attuali reti di distribuzione, che sono normalmente dotate di lati di controalimentazione, sia perché essa permette una forte penetrazione della produzione senza particolari vincoli tecnici. 20

21 Conclusioni Altre soluzioni, quali micro-grid autonome e non autonome, reti in corrente continua, ecc. appaiono di più difficile diffusione, sebbene abbiano notevoli potenzialità nella soluzione di problemi particolari. Infine è necessario sottolineare che nelle reti di distribuzione del futuro i sistemi di comunicazione e controllo a distanza, in grado di eseguire anche il dispacciamento automatico delle risorse, giocheranno un ruolo sempre più importante e dal loro sviluppo dipende in gran parte il successo della GD. 21

22 Conclusioni Il Gruppo Distribuzione Pubblica dell A.E.I. da parte sua fa presente che: non è pensabile scaricare sui Distributori gli oneri per gli adattamenti che si renderanno necessari alle reti di distribuzione di energia elettrica e del gas per la sempre maggiore diffusione della G.D.; è necessaria una verifica attenta della compatibilità delle reti di distribuzione gas con la diffusione della G.D.; occorre definire il valore massimo della potenza di un gruppo di produzione di energia elettrica che rientri nella G.D., a nostro giudizio non più di 10 MVA; occorre una precisa normativa italiana ed europea sulla G.D.; è necessario affrontare di nuovo il problema della qualità del servizio con particolare riferimento a penalità e premi; il dispacciamento dovrebbe essere locale e non centralizzato,l energia venduta direttamente al distributore locale con un meccanismo che garantisca il produttore; dato che la G.D. si basa in gran parte sulla cogenerazione abbinata alla produzione di calore industriale o civile occorre una normativa precisa in materia che non penalizzi questo tipo di produzione. 22

23 Conclusioni È però doveroso fare un rilievo di fondo: è necessario un confronto con i distributori di gas in quanto lo sviluppo della G.D. condiziona pesantemente sia le reti di distribuzione d elettricità che quelle del gas. Tenuto conto poi che attualmente il problema della G.D. comincia ad essere affrontato sia a livello Comunitario che Nazionale riteniamo che le riflessioni che portano avanti su questo tema sia l A.E.I. sia l A.T.I. possano fornire un valido contributo a chi poi dovrà assumere le relative determinazioni; ci auguriamo infatti che una buona volta si riconosca il ruolo di queste due Associazioni dove collaborano con profitto Operatori,Industria,Università. 23

24 Conclusioni Concludendo, occorre un approccio a questi problemi sempre più interdisciplinare e coordinato. La collaborazione tra A.T.I. e A.E.I. si colloca proprio in questo ambito. Torna al programma 24