Scheda 1. Analisi teorico-sperimentale del sistema elettrico in piccole reti interconnesse ed isolate in Italia FACOLTÀ DI INGEGNERIA, SEDE DI LATINA

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1 FACOLTÀ DI INGEGNERIA, SEDE DI LATINA Prof. ing. Alessandro Corsini Scheda 1 Analisi teorico-sperimentale del sistema elettrico in piccole reti interconnesse ed isolate in Italia Keywords: sistema elettrico, isole minori, reti isolate, fonti rinnovabili, risparmio energetico Contesto La promozione delle fonti energetiche rinnovabili rappresenta una priorità nazionale di intervento soprattutto alla luce della emanazione della direttiva comunitaria 77/CE/2001 e del decreto legislativo di recepimento n.387/2003. Tali norme chiedono all Italia di raggiungere un obiettivo di promozione delle fonti energetiche rinnovabili pari al 25% del fabbisogno elettrico al Con riferimento al 2004 la quota di energia elettrica prodotta da fonti energetiche rinnovabili non superava il 17% del fabbisogno elettrico determinando la necessità dal 2001 al 2010 di incrementare la produzione delle fonti rinnovabili elettriche di circa TWh. Tale incremento non può essere se non in minima parte realizzato con impianti da fonte rinnovabile programmabili (idroelettrico e geotermoelettrico hanno esaurito in Italia la gran parte del potenziale). Dovrà essere soddisfatto con le cosiddette fonti rinnovabili nuove ovvero: l eolico, le tecnologie solari, la valorizzazione elettrica delle biomasse. Per quanto riguarda i generatori eolici e il solare fotovoltaico l aleatorietà della fonte impedisce la programmabilità della produzione per definizione. Per le biomasse il livello di aleatorietà è legato alla filiera di approvvigionamento del combustibile che non ha la stessa affidabilità della filiera del fossile. L introduzione di tali impianti nelle reti elettriche pone,inoltre, delle problematiche di affidabilità del sistema elettrico che i più avanzati paesi europei stanno cominciando ad affrontare. Si pensi al caso della Navarra in Spagna o dello Schleswig in Germania dove la penetrazione dell eolico in potenza ha superato la soglia del 50% della potenza impegnata nell area. Lo studio ha un potenziale riscontro positivo da parte dell Autorità per l Energia Elettrica e il Gas chiamata dal dlgs 79 del 1999 a definire, ai sensi dell articolo 7, una proposta di regolamento per la definizione dei criteri ed obiettivi di sicurezza efficienza ed economicità del servizio elettrico nelle isole minori, nonché lo sviluppo ove possibile dell interconnessione alla rete elettrica nazionale e definire le condizioni per l utilizzo prioritario delle fonti rinnovabili (il regolamento viene poi approvato da parte del Ministero delle Attività Produttive sentita la conferenza unificata). La ricerca può incontrare, inoltre, anche l interesse del Ministero dell ambiente che sta gestendo un programma di promozione delle fonti rinnovabili e del risparmio energetico nelle isole minori che porterà alla realizzazione di diversi impianti da fonte rinnovabile nelle isole di Ventotene, Pantelleria, Gorgona, Giglio, Panarea. Il programma è stato premiato dalla Commissione Europea con il premio speciale della giuria nell ambito della Campagna di Take off delle fonti energetiche rinnovabili. Infine, per quanto riguarda l introduzione nella rete di trasmissione nazionale potrebbe suscitare un interesse specifico nel GRTN ai fini delle decisioni strategiche di potenziamento della rete di trasmissione nazionale soprattutto in quelle aree vocate ad una notevole penetrazione dell eolico.

2 Oggetto dello studio E la simulazione non-stazionaria di un sistema elettrico interconnesso (area del sistema elettrico italiano) e di un sistema elettrico isolato (isole minori) in condizioni di bassa, media ed alta penetrazione delle fonti energetiche rinnovabili cosiddette aleatorie. L obiettivo consiste nell individuazione di criticità specifiche per la penetrazione di tali fonti e la definizione di possibili soluzioni e linee guida. Approccio di studio Le attività della ricerca prevedono lo sviluppo di un modello non stazionario per un sistema elettrico isolato ed uno per un sistema elettrico interconnesso in ambiente TRNSYS. L elaborazione di tale modello sarà realizzata in ambiente TRNSYS, un ambiente di sviluppo per la simulazione non stazionaria di sistemi complessi multicomponente. La sua caratteristica principale è la struttura modulare, che gli conferisce una grande flessibilità e la possibilità di essere integrata da librerie esterne a quella standard (e.g., HYDROGEMS, un insieme di modelli dedicati a sistemi basati sulle tecnologie dell idrogeno; STEC per i componenti solari; &c). Esiste, inoltre, la possibilità di creare modelli utente, e.g. i modelli per la conversione dell energia dal moto ondoso attraverso sistemi Oscillating Water Column (Pesci, Corsini, e Rispoli, 2004). La logica di base del modello viene mostrata nel successivo diagramma di flusso nel caso di presenza di un sistema per l accumulo e l integrazione dell energia da rinnovabili con impiego di idrogeno come vettore energetico (Corsini, Gamberale e Rispoli, 2005). Weather data Load data Solar radiation processor EE RES PV arrays wind turbine Load demand P D P RES Power System Controller P D>P RES Power System Controller P DEGS N DEGS DEGS P D<P RES AC/DC DC/AC Fuel Cell Electrolyser H2 storage Logica base del modello TRNSYS, diagramma di flusso (Corsini et al., 2006) Le linee di attività sono di seguito schematizzate. novembre

3 i. I due modelli realizzati verranno validati sulla base rispettivamente delle condizioni effettive di funzionamento proprie delle: reti elettriche isolate di isole minori italiane (e.g. Isola di Ventotene, Isola di Ponza); l area della rete di trasmissione nazionale concentrata nell appennino apulo campano dove oggi è concentrata una quota importante della generazione elettrica da impianti eolici. ii. Verranno costruiti diversi scenari di penetrazione delle fonti energetiche rinnovabili nei due diversi sistemi energetici al fine di consentire una valutazione predittiva del funzionamento della rete elettrica isolata e interconnessa al crescere della penetrazione delle fonti energetiche rinnovabili e interventi di risparmio energetico. ii.1 Nell analisi per scenari, saranno studiate le diverse opzioni possibili per l accumulo stagionale dell energia da fonte rinnovabile, disponibile nel periodo invernale che corrisponde al momento di minore domanda elettrica della rete. Tra gli scenari di accumulo saranno analizzati: uno scenario basato sull idrogeno, uno scenario basato sulla trasformazione del surplus di energia da fonte rinnovabile in acqua potabile con sistemi ad osmosi inversa. iii. Nel caso studio delle isole minori, dove la penetrazione è estremamente critica, verrà ipotizzata l introduzione di una filiera di produzione, distribuzione e consumo di idrogeno prodotto da fonte rinnovabile e dall energia elettrica dissipata dal sistema di generazione diesel presente sull Isola. iv. Verranno identificate linee di azione per promuovere la diffusione delle fonti rinnovabili elettriche al fine di mantenere invariato il livello di affidabilità della rete. Bibliografia Pesci, M., Corsini A., Rispoli F., research report Transient modeling of OWC power systems for sea wave energy conversion, under the research agreement with the Ventotene Island Municipality and Italian Ministry of Environment IAR Department. Sub-project 1: Simulation methodology for the optimal design of OWC for the sea wave conditions in the Tirreno sea. Sub-project 2: Development of an original subroutine library for OWC components on TRNSYS 15 package. Corsini A., Rispoli F., Gamberale M., Assessment of renewable energy solutions in an Italian small island energy system using a transient simulation model, ASME J. of Solar Energy Engineering, 128, , Corsini A., Rispoli F., A transient model for OWC device. Application to Mediterranean sea states, OWEMES European Conference, Civitavecchia, April Corsini A., Rispoli F., Tortora E., Gamberale M., Assessment of H 2 and H 2 O-based renewable energy-buffering systems in minor islands, in corso di revisione ASME J. of Solar Energy Engineering, novembre

4 FACOLTÀ DI INGEGNERIA, SEDE DI LATINA Prof. ing. Alessandro Corsini Scheda 2 Valutazione del potenziale della fonte energetica solare e geo-referenziazione sul territorio delle isole Pontine Studio sul potenziale di valorizzazione della risorsa solare per la produzione di energia elettrica e termica per applicazioni in edilizia civile e industriale Metodologia 1) Analisi della fonte energetica a. Data base esistenti (ENEA, Atlante EU, dati NASA, etc.) b. Modelli di radiazione solare incidente al suolo (Liu Jordan, ISO 10379, CHECK Energia solare c. Dati meteo (Aeronautica, stazioni anemometriche, etc.) 2) Analisi del territorio a. Analisi cartografia georeferenziata delle strutture edili i. Su scala macro (dati ISTAT e loro georeferenziazione) ii. Su scala da 1: a 1: b. Analisi cartografia georeferenziata orografia generale territorio sulle scale di interesse 3) Impostazione del problema degli ombreggiamenti a. Valutazione delle ombre georeferenziata sulle superifici oggetto dell analisi: i. Su scala macro (valutazione ombre proiettate da orografia) ii. Su scala 1: (valutazione ombre proiettate da orografia) iii. Su scala 1: (valutazione ombre proiettate da elementi orografici e strutture edili attraverso uso di diagrammi di traiettorie solari) iv. Su scala 1: (valutazione ombreggiamenti attraverso impiego di software dedicato che impieghi planivolumetrie su supporto informatico delle aree oggetto di studio) 4) Analisi del potenziale lordo di impiego della risorsa solare sul territorio italiano a. Valutazione delle superfici disponibile lorda dell involucro esterno degli edifici individuati b. Valutazione della radiazione solare disponibile lorda sulle superfici individuate al netto degli ombreggiamenti 5) Analisi del potenziale netto di impiego della risorsa solare sul territorio italiano 1 1 Le attività previste al punto 5 avranno la stessa articolazione prevista per il punto 4 novembre

5 a. Valutazione delle superfici disponibile nette (considerando i vincoli urbanistici storico, artistici, paesaggistico ambientali) dell involucro esterno degli edifici individuati b. Valutazione della radiazione solare disponibile netta sulle superfici individuate al netto degli ombreggiamenti 6) Cartografia del potenziale solare netto novembre

6 FACOLTÀ DI INGEGNERIA, SEDE DI LATINA Prof. ing. Alessandro Corsini Scheda 3 Proposte per una politica energetica nelle Isole Pontine Interventi di risparmio ed uso razionale dell energia lato domanda Area di intervento Tipologia di intervento Usi finali Illuminazione pubblica e privata Contenimento delle perdite di energia elettrica Produzione di acqua calda, solare termico Riduzione della domanda di energia elettrica per la climatizzazione - interventi passivi Riduzione della domanda di energia elettrica per la climatizzazione - interventi attivi Sistemi di illuminazione a basso consumo energetico Sistemi automatici di accensione Sistemi automatici di spegnimento Sistemi di regolazione dell intensità Sistemi di rilevazione Sistemi di illuminazione naturale Sistemi di illuminazione crepuscolare Apparecchiature a basso consumo in stand-by Dispositivi per la riduzione del consumo in stand-by di apparecchiature esistenti Sistemi di posizionamento in stand-by Sistemi di spegnimento automatico di apparecchiature in stand-by Interventi per la sostituzione di scaldacqua elettrici per acqua calda sanitaria per lavatrici per lavastoviglie Isolamento termico degli edifici Controllo delle radiazioni entranti dalle superfici vetrate con: vetri selettivi protezioni solari esterne pellicole Applicazione delle tecniche di: architettura bioclimatica solare passivo raffrescamento passivo Utilizzo di pompe di calore al alta efficienza aria/acqua, acqua/acqua pompe di calore con sonde geotermiche pompe di calore co Utilizzo di pompe di calore al alta efficienza aria/acqua, acqua/acqua pompe di calore con sonde geotermiche pompe di calore combinate con sistema solari termici novembre

7 Sistemi di produzione del freddo Chiller ad assorbimento Conservazione derrate alimentari Sistemi per il recupero di energia da reti tecnologiche Recupero di energia termica dai motori diesel alimentazione chiller ad assorbimento Recupero di energia meccanica sulla rete acquedottistica e/o gestori di reti tecnologiche Uso di fonti energetiche rinnovabili lato produzione Fonte energetica Solare Tipologia dell intervento Usi finali Installazione di impianti fotovoltaici per la generazione elettrica Installazione di un sistema FV per la produzione di idrogeno Sperimentale per generazione stazionaria e mobilità pubblica Installazione di un sistema ibrido FV-H2O per la produzione di acqua Micro-eolico, ed eolico con torri solari Dissalazione Biomassa Produzione di bio-gas da scarti della lavorazione del legno e dei residui agricoli Combustione diretta degli scarti della lavorazione del legni e dei residui agricoli Industriale (ove disp) Industriale (ove disp) novembre