LA RICERCA DELL UNIVERSITÀ. Gruppo Universitario Sistemi Elettrici per l Energia

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1 LA RICERCA DELL UNIVERSITÀ ITALIANA SUI SISTEMI ELETTRICI DEL FUTURO Roberto Caldon Gruppo Universitario Sistemi Elettrici per l Energia

2 22 Unità di Ricercaca 123 Strutturati: 3 PE 5 PO-FR 46 PO 1 PS 32 PA 29 RC 1 RT 11 RL Nel 2008/09 Circa 880 Pubblicazioni

3 Settori di ricerca 1.Produzione dell energia elettrica 2.Trasmissione e mercato dell energia elettrica 3.Distribuzione dell energia elettrica 4.Utilizzazione dell energia elettrica 5.Tecnologie e componenti elettrici

4 PRODUZIONE DELL ENERGIA ELETTRICA Settori di ricerca TRASMISSIONE E MERCATO DELL ENERGIA ELETTRICA DISTRIBUZIONE DELL ENERGIA ELETTRICA UTILIZZAZIONE DELL ENERGIA ELETTRICA TECNOLOGIE E COMPONENTI ELETTRICI AQ X X BA X X X X BV X X BO X X X X X CA X X X Cas X X X CT X X X CS X X FI GE X X X X MI X X X X X NA X X X X X NA2 X X X PD X X X X X PA X X X X X PV X X PI X X X X RC X X Roma X X X X SA X X X X TO X X X X TS X X X X

5 Partecipazione a: Progetti Europei (Dispower, Address,..) Programma operativo nazionale Ricerca e competitività (PON) Progetti di Ricerca e Sviluppo di Interesse Generale per il Sistema Elettrico (CCSE) Progetti di Ricerca di Interesse Nazionale (PRIN)

6 Collaborazioni con Enti di Ricerca: Politecnico Università Università RSE Milano Cagliari Genova Università Politecnico CNR Napoli - F. II Milano Università Padova Università Università ENEA Palermo Pisa Enel Ricerca/ Ing. e Innovaz Università Bologna Università Cagliari Università Catania Università ità Genova Università Napoli 2 Università Padova Università Pisa

7 Collaborazioni con l industria: Aziende Elettriche (Nazionali e Locali) Aziende Costruttrici ttrici

8 SISTEMI ELETTRICI PER L ENERGIA Economia del mercato elettrico Energia e sviluppo sostenibile Elettronica Calcolo di sistemi a grandi dimensioni Applicazioni dell ICT Affidabilità 80 Controlli automatici 70 Impianti Elettrici 2010 Smart Grids

9 A che fine l innovazione del Sistema Elettrico? Per: una effettiva liberalizzazione del mercato elettrico;? permettere l integrazione delle fonti rinnovabili di energia; realizzare il coinvolgimento dell utenza nella realizzare il coinvolgimento dell utenza nella gestione del carico.

10 SMART GRIDS ovvero come rendere intelligente ilsistemaelettrico elettrico Aspetti regolatori e riflessi sul mercato Misura di correnti, tensioni, flussi di potenza, Sensori temperature, pressioni,. Onde Infrastruttura convogliate PLC, onde radio, fibre ottiche, home area Comunicazioni network HAN,. HVDC, FACTS, OLTC, parallelo di reti in isola, reset Sistema livelli di di tarature protezioni, attuatori. Optimal Power Flow, Interarea oscillation Algoritmi damping, di Distribution System controllo Management, Demand Side Management, Voltage Control, Reconfiguration.

11 Alcune tematiche di Ricerca affrontate dalle Unità GUSEE : Distribution Management Systems (DMS). Reti multi-vettore energetico. Valutazione degli scenari regolatori dei nuovi sistemi di distribuzione. Pianificazione e sviluppo di sistemi di distribuzione attivi. Monitoraggio, automazione e sistemi di protezione innovativi per le Smart Grids. Automazione e riconfigurazione delle reti di distribuzione. Il problema della Power Quality in presenza della generazione distribuita. Energy Management System (EMS). Comunicazioni su reti MT (controllo della GD) e su reti BT (controllo dei carichi). Integrazione dello storage elettrico nelle reti di distribuzione. Misura di Sincrofasori (Wide Area Monitoring, Protection, and Control).

12 Distribution Management Systems - DMS (Algoritmi,,architetture, e,prototipi) o p) Unità di: Bologna, Cagliari, Cassino, Catania, Genova, Milano, Napoli 2, Padova,..

13 Gestione e controllo delle reti attive di Real-time measurements distribuzione Voltage regulation (OLTC) Operation conditions Switch status State Estimator Network data, Pseudomeasurements Constraints and contracts Pand Qflows from DG and storages Responsive loads Network Reconfiguration Insieme a: Sistemi per la gestione del passaggio in isola intenzionale Sistemi di protezione innovativi Adeguati sistemi i di comunicazione i trasp. 13

14 Controllo della tensione sulle reti MT Local measures: MV side voltages V MV Power flow P A Q A P i Q i Network Load Pseudo- data measurements Standard deviation of estimated voltages σ i Distribution State Estimation Estimated voltages V i Contracts & Constraints Remote measures: Voltages V j OLTC TAP reference Active OLTC management Feeder A reactive controller Feeder B reactive controller φ A φ B DGs connected to Feeder A DGs connected to Feeder B Feeder i th reactive controller φ i DGs connected to Feeder i th Feeder A Feeder i th The Coordinated Controller Primary Substation

15 Sviluppo di algoritmi per la stima dello stato in reti di distribuzione start Analysis of (N V* +1) available voltage measures (starting scenario) Analysis of DGs and loads knowledge (levels of uncertainty) Defining the location target SE to evaluate the higher uncertainty in the MV system with N V* measures N ADD = 0 The measurement set verifies the uncertainty target? yes end no N ADD = N ADD + 1 Locate N ADD measurements minimizing the higher variance moment in the MV network SE to evaluate the higher uncertainty in the MV system with (N V* +1+ N ADD ) measures

16 Ottimizzatore per la gestione di reti attive di Distribuzione

17 Dimostratore Smart Grid in MT

18 Architettura SCADA/DMS per Dimostratore

19 Infrastrutture e tecnologie di comunicazione per le Smart Grid

20 Valutazione degli scenari regolatori e Pianificazione ifi i e sviluppo di sistemi i di distribuzione attivi Unità di: Cagliari, Milano, Palermo,..

21 valutazione degli scenari regolatori con riferimento allo sviluppo del sistema Metodologie multiobiettivo per considerare i molteplici stakeholder del sistema CHP CHP CHP CHP TG TG a) b) Modifica delle strategie di pianificazione di rete per tener conto delle opportunità derivanti dalla gestione intelligente della rete

22 Integrazione ottimale dello storage elettrico (quantità e posizione) nelle reti di distribuzione. Unità di: Cagliari, i Catania, Genova, Milano, Padova,.

23 Integrazione di generazione da energie rinnovabili e sistemi di accumulo energetico Modelli elettromeccanici sviluppati e validati in Test Facility : Turbina eolica Cella combustibile Microturbina Sistema Fotovoltaico Gruppo diesel Batteria redox Modellazione

24 Integrazione di generazione da energie rinnovabili e sistemi di accumulo energetico PV Plant HV Transmission Network HV/MV Primary Substation Feed der A Feede der B Feeder C Storage system Biogas Ottimizzazione Power [MW] 13,5 12,0 10,5 9,0 7,5 6,0 4,5 3,0 1,5 0,0-1, ,0-4,5 hours Power [MW] Stored Energy [MW Wh] 30,0 27,0 24,0 21,0 18,0 15,0 12,0 9,0 6,0 3,0 0,0-3,0-6, hours

25 Integrazione di generazione da energie rinnovabili e sistemi di accumulo energetico Impatto auto elettrica su reti MT e BT

26 Energy Management System (EMS) e controllo dei carichi in BT Unità di: Cassino, Catania, Genova, L Aquila, Milano, Torino.

27 Monitoraggio in tempo reale dei consumi Ateneo di Genova Sensore su uno dei 19 p.ti MT/BT architettura

28 EMS decentralizzato per la gestione negoziata tra distributore e clienti domestici

29 Sistemi innovativi di monitoraggio, automazione e controllo

30 Power Quality in presenza della generazione distribuita Unità di: Cassino, Milano, Napoli, Napoli 2,

31 Vulnerabilità delle reti attive ai buchi di tensione

32 Misura di Sincrofasori i (Wide Area Monitoring, Protection, and Control ) Unità di: Bari, Benevento, Bologna,.

33 Rete di Trasmissione: Wide Area Measurement System (WAMS)

34 Rete di distribuzione: smart metering mediante phasor measurement units : algoritmi per la stima dei sincrofasori in reti elettriche di distribuzione; sviluppo e caratterizzazione sperimentale di prototipi di PMU.

35 Sistema elettrico europeo Energia fornita 2500 TWh Potenza installata 560 GW (500 /kw = 280G ) Sviluppo della rete AT km (0.4M /km = 90G ) Sviluppo della rete MT+BT Sviluppo della rete MT+BT circa km

36 Come procedere? Sostenere la collaborazione tra Ricerca (di base e applicata) e sviluppo industriale attraverso progetti coordinati. Messa punto di dimostratori, con il contributo di Distributori e Aziende elettriche. Estensione su grande scala delle migliori soluzioni individuate.

37 Torino Milano Pavia Padova GRUPPO UNIVERSITARIO SISTEMI ELETTRICI PER L ENERGIA Pisa Cagliari Cassino Napoli Benevento Salerno Consorzio Universitario En.Si.El Cosenza Palermo Catania