Agenda. Smart Meter per Smart Grid 22/12/2011. Smart Grid. Introduzione allo smart metering. Gli Smart Meter: caratteristiche

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1 Corso Di Formazione In Smart Grid Per La Gestione Efficiente Delle Risorse Energetiche 22 dicembre 2011 Smart Meter per Smart Grid Ing. Maurizio Spadavecchia Gruppo Misure elettriche ed Elettroniche Politecnico di Bari Agenda 2 Smart Grid Introduzione allo smart metering Gli Smart Meter: caratteristiche Smart metering in Italia: l esperienza di ENEL La casa intelligente Progetto Energy@Home (ENEL) Conclusioni 1

2 Agenda 3 Smart Grid Introduzione allo smart metering Gli Smart Meter: caratteristiche Smart metering in Italia: l esperienza di ENEL La casa intelligente Progetto Energy@Home Conclusioni Smart Grid 4 2

3 Smart Grid Una SG riesce a bilanciare in maniera dinamica domanda e offerta di energia, operando su «isole energetiche», utilizzando la Rete stessa come veicolo per i dati di controllo della distribuzione. 5 Smart Grid 6 La corretta gestione di una smart grid permette di valutare in ogni momento quale sia la fonte energetica a minor costo. 3

4 Smart Grid 7 Implementazione su larga scala delle SG Smart Grid 8 Implementazione su larga scala delle SG Equa gestione del costo al consumo su base oraria Efficace politica di incentivazione alla produzione da fonti alternative Sviluppo della conoscenza/consapevolezza dei propri consumi Possibilità di sviluppare servizi moderni e su misura Manutenzione tempestiva e/o preventiva Riduzione del numero dei blackout 4

5 Smart Grid 9 Gestore di Rete Utente Federalismo energetico 10 Necessità: passare a una produzione decentrata Creazione di «Isole energetiche» omogenee Rispondere tempestivamente alle richieste energetiche Ridurre le perdite di carico Superare cali di produzione dovuti a cause locali Obiettivo: Bilanciare dinamicamente il rapporto tra domanda e offerta 5

6 Tutto in uno! 11 Una rete di tipo smart ha la caratteristica fondamentale di essere non solo il veicolo dell energia ma anche dell informazione La comunicazione tra gli apparati consente loro di «negoziare» autonomamente la fascia di operatività più conveniente 12 Connected Digital Home L avvento delle smart-grid, a livello domestico, attua l integrazione tra rete di distribuzione dell energia e le apparecchiature. 6

7 Agenda 13 Smart Grid Introduzione allo Smart Metering Gli Smart Meter: caratteristiche Smart metering in Italia: l esperienza di ENEL La casa intelligente Progetto Energy@Home Conclusioni Smart Meter 14 Gli Smart Meter o AMR (Automated Meter Reader) sono progettati per: monitorare l assorbimento di energia garantire la comunicazione bi-direzionale fra gestore e utente 7

8 Smart Meter 15 Sfasamento tra tensione e corrente Potenza assorbita/prodotta Tag oraria ai consumi o alle forme d onda acquisite Stato dei dipositivi Stato della Rete locale (presenza e localizzazione guasti) Condizioni di carico Temperatura di esercizio dei trasformatori MT/bT Segnalare eventuali condizioni prossime al sovraccarico Inviare i dati ai concentratori ad intervalli regolari Agenda 16 Smart Grid Introduzione allo smart metering Gli Smart Meter: caratteristiche Smart metering in Italia: l esperienza di ENEL La casa intelligente Progetto Energy@Home Conclusioni 8

9 Energy Management System Gli smart meter hanno necessità di un certo numero di componenti di supporto Microcontroller low-power Ciruiti RF per lettura dati wireless Circuiti Wi-Fi per comunicare con altri dispositivi Modem e accessori per codifica e trasmissione su linea elettrica o altro Sensori (corrente, tensione, temperatura, ecc ) I/O digitali 17 Energy Management System 18 9

10 Energy Management System Una funzione fondamentale la fanno i Data Concentrators che interagiscono con i dispositivi load switching. Al controllo di questi dispositivi provvedono i cosiddetti DSP (Digital Signal Processor) gestiti da software autoconfigurante e aggiornato continuamente. 19 Agenda 20 Smart Grid Introduzione allo smart metering Gli Smart Meter: caratteristiche Smart Metering in Italia: l esperienza di ENEL La casa intelligente Progetto Energy@Home Conclusioni 10

11 L esperienza ENEL Con il Telegestore Enel può eseguire, in ogni istante e in modo automatico, numerose rilevazioni: Lettura dei consumi Gestione remota di operazioni contrattuali Raccogliere dati sulla qualità della fornitura Monitorare la continuità del servizio Intervenire tempestivamente su guasti e malfunzionamenti 21 Architettura 22 I principali elementi dell infrastruttura di tele gestione sono: i contatori intelligenti installati presso i clienti che comunicano il consumo dell energia elettrica e sono gestibili e interrogabili da remoto il concentratore, installato nelle cabine di trasformazione MT/bt, per la raccolta dei dati registrati dai contatori collegati il sistema centrale, per la gestione da remoto dei contatori, l elaborazione delle informazioni per la fatturazione e il controllo della qualità del servizio 11

12 Architettura 23 Architettura 24 12

13 25 Architettura: contatore 26 Architettura: contatore 13

14 27 Architettura: contatore 28 Architettura: contatore 14

15 29 Architettura: concentratore Modem GSM Modem a Onde convogliate 30 Architettura: nuovo contatore Da fine 2004 è stata distribuita una nuova versione del sistema che ha modificato il protocollo di comunicazione sulle onde convogliate, eliminando l utilizzo del protocollo proprietario Echelon in favore di un protocollo internazionale. 15

16 31 Architettura: nuovo concentratore Smart Home 32 Enel nell ambito del proprio settore ricerca e sviluppo sta lavorando per mettere a disposizione degli utenti strumenti in grado di interagire sia con la rete elettrica che con gli apparati presenti nelle nostre case. Enel Smart info: un dispositivo che permette di accedere agevolmente alle informazioni registrate dal contatore. Energy@home: un sistema che permette di regolare i consumi in casa, 16

17 33 ENEL Smart Info Smart Info costituirà l elemento chiave delle future case intelligenti, dove le informazioni messe a disposizione dal contatore arriveranno direttamente agli elettrodomestici, per farli funzionare nelle fasce orarie più convenienti permette di accedere agevolmente alle informazioni registrate dal contatore Avvisa il cliente nei momenti in cui l energia costa meno Accesso tramite PC, TV, elettrodomestici, smartphone, ecc Energy@Home Realizzare un sistema che fornisca ad un utente domestico le informazioni sul consumo casalingo direttamente sul display degli elettrodomestici, su smartphone o sul proprio PC. realizzare l interoperabilità dei sistemi domestici definire degli scenari di riferimento sia per le applicazioni che per i servizi fornire servizi a diversi livelli a cominciare dal semplice livello di conoscenza fino alla realizzazione di un vero e proprio EMS (Energy Management System) proporre un protocollo livello-applicazione per la cooperazione tra i vari dispositivi coinvolti

18 35 architettura 36 architettura SMART APPLIANCES (SA): Elettrodomestici che implementano una connettività sia lato ambiente domestico che lato Rete di distribuzione integrando e potenziando l intelligenza locale. The Electrolux Infinity I-Kitchen refrigerator, has a touch screen on the top door. The main fascination is the fact that the touchscreen interface is equipped with GNU/Linux operating system. Indesit Smart Washer is equipped with Zigbee Node: this node interfaces with the local utility provider via an internet connection with the smart grid which is enabled by ZigBee. The ZigBee Node enables the Smart Washer to adjust its cycle starting time according to energy costs and energy availability, and therefore reduce power consumption in the household. 18

19 37 architettura SMART APPLIANCES: Rappresentano l evoluzione dello standard attuale per i cosiddetti white goods. visualizzare informazioni sul consumo (energia impiegata, potenza istantanea, ecc.) dispacciare sulla HAN (Home Area Network) informazioni sul proprio consumo adattare autonomamente i proprio comportamento in base alle informazioni che provengono dalla casa cooperare con gli altri enti presenti nella HAN per ottimizzare l uso di energia o attraverso il differimento dei carichi o spalmandoli nel tempo. Sia in caso di regolazione del carico autonomo che supervisionato dall esterno il tutto è gestito sotto il completo controllo dell elettrodomestico il quale si assicura della corretta esecuzione del processo in atto sia in termini di risultato che di prestazione 38 Energy@Home: architettura SMART PLUGS: prese capaci di raccogliere i dati del monitoraggio e implementare controlli on/off su semplici carichi (punti luce, apparecchi A/V) 19

20 39 architettura Interfaccia Utente: l anello di congiunzione tra HN e HAN; costituito da PC, smart phone, palmari, display ad hoc sistemi di entertainment, ecc. mostrare le informazioni sull utilizzo di energia dati provenienti da Smart Info e da ciascuno degli SA trasmettere messaggi di controllo allo SA per richiedere modifiche di comportamento configurare gli SA per modificare il loro profilo di consumo Gli applicativi software implementati dalle interfacce utente sono in genere residenti in locale oppure ospitati in altri apparecchi (ad esempio l Home Gateway) collegati tramite servizi web 40 Energy@Home: architettura L Home Gateway (HG) è il collegamento tra HAN, HN e WAN; è un convertitore di protocollo. Raccoglie i dati dagli SA Li mette a disposizione nella HAN (ZigBee) e nella HN (TCP/IP) Controlla gli SA in base ai dati ricevuti Fornisce un interfaccia web 20

21 41 architettura Componenti Integrative: Smart Info: dispaccia informazioni relative all energia nella HAN. I dati pubblicati sono un sottoinsieme di quelli forniti dal contatore elettronico WSN-C (Wireless Sensor Network Center): gestisce, insieme al gateway gli apparecchi presenti nella HAN e fornisce interfacce per lo sviluppo di applicazioni di terze parti Contatore elettronico: misura e immagazzina i dati in registri e che li trasmette al gestore 42 Energy@Home: Scenari La SH può funzionare in tre diverse modalità operative: Conoscenza (Awareness) Autogestione Gestione coordinata 21

22 43 Scenari Conoscenza: L utenteaumentalapropriaconoscenzasul consumo energetico e sui costi utilizzando le informazioni rivenienti dalla rete e dalla casa stessa. riferimenti contrattuali dell utenza utilizzo attuale di potenza storico dei consumi tariffa applicata e fasce orarie allarmi di sovraccarico 44 Energy@Home: Scenari Autogestione: èlacondizionenellaqualeciascunsariceveil prezzo dell energia in quel momento (Smart Info, o HG) e propone all utente il giusto momento di avvio affinché si disponga della tariffa più conveniente La scelta è lasciata al libero arbitrio dell utente Questa modalità di funzionamento non prevede coordinamento con gli altri apparecchi. Gestione coordinata: ciascun SA coordina la proprio operatività con l HG. Per mezzo di questa comunicazione entrambi pianificano la propria operatività 22

23 45 Scenari Profilo di consumo definito come la stima della potenza di cui un apparecchio avrà bisogno per eseguire un ciclo specifico o un programma. Per ciascuna fase del ciclo si considera: Durata attesa (DA) Potenza di picco (PP) Energia necessaria (EN) EN< PP*DA Massimo ritardo di attivazione: indica il massimo tempo di interruzione tra la fine di un operazione e l inizio della successiva. 46 Energy@Home: Scenari Controllo Rete disabilitato (Scenario di Conoscenza attivo) l SA può comunque comunicare il proprio profilo di potenza per ricevere notizie circa il prezzo relativo al programma di funzionamento selezionato dall utente lo stato dei dispositivi è comunque comunicato all HG il quale a sua volta può essere interrogato dall Interfaccia Utente in modo che l utente sappia se l SA è attivo, in quale programma è impegnato o quale programma verrà avviato l HG non può schedulare la partenza dell ES o controllarlo 23

24 il Sistema lavora in autonomia in modo che l utente raggiunga il massimo del beneficio al minimo costo l HG può funzionare in modalità di funzionamento coordinato e gli elettrodomestici posso essere programmati. evitare i distacchi per sovraccarico (scheduling) 47 Energy@Home: Scenari Controllo Rete Abilitato selezionare lo slot di tempo per avviare il dispositivo cercando di mediare tra i vincoli imposti dall utente e la massimizzazione del risparmio. 48 Energy@Home: Scenari Lo scheduling viene riprogrammato se: Variazione del profilo di potenza di un elettrodomestico nuovi vincoli da parte dell utente. è possibile pensare ad un controllo di tipo predittivo (in anello aperto) ottenuto attraverso lo scheduling. 24

25 49 Scenari Se ci sono elettrodomestici non Smart: HG è costretto a mettere delle pause forzate agli SA (OverloadPause) nel caso ci si stia avvicinando alle condizioni di sovraccarico eventualmente fargli riprendere l attività nel caso il pericolo sia passato (OverloadPause Resume). Questo vale anche se i vincoli imposti dall utente non consetono uno scheduling corretto Il controllo è in reazione (anello chiuso) a meno che non si adottino le smart plug. 50 Pausa. 25