PROPOSTA PER UN PIANO TRIENNALE PER LA RICERCA E PER UN BANDO DI GARA PER I PROGETTI DI RICERCA

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1 PROPOSTA PER UN PIANO TRIENNALE PER LA RICERCA E PER UN BANDO DI GARA PER I PROGETTI DI RICERCA 1 PREMESSA Il presente documento si inquadra in quanto previsto dal DM 28 febbraio 2003 Modalita' di gestione del Fondo per il finanziamento delle attività di ricerca e sviluppo di interesse generale per il sistema elettrico nazionale, nell ambito del quale viene prevista la redazione di un Piano triennale contenente i progetti e le priorità della ricerca di sistema, gli obiettivi ed i risultati attesi. Per iniziativa del CERSE, in data 12 settembre 2003 si è tenuta un audizione del Presidente della Conferenza dei Presidi delle Facoltà di Ingegneria Italiane presso il Ministero delle Attività Produttive. In tale incontro si sono affrontate le problematiche del Sistema Elettrico Nazionale sotto il profilo dell attività di ricerca e sviluppo, alla luce del suddetto decreto. Il Presidente della Conferenza dei Presidi delle Facoltà di Ingegneria italiane si è assunto il compito di raccogliere e coordinare le proposte di attività di ricerca e sviluppo nel settore elettrico da parte degli atenei italiani, attraverso le rispettive Facoltà di Ingegneria. Il presente documento rappresenta la sintesi del lavoro svolto, articolata nei due capitoli seguenti. Nel capitolo 2 viene riportata una sintesi delle proposte delle varie facoltà, ottenuta esaminando i documenti pervenuti presso la segreteria della Presidenza della Facoltà di Ingegneria dell Università di Udine. La struttura di questo capitolo riflette la suddivisione dei vari temi di ricerca: le sue sezioni corrispondono agli argomenti principali, mentre i vari sottoargomenti corrispondono alle sottosezioni, e così via. In tale capitolo viene presentata una panoramica delle varie proposte senza evidenziarne le priorità. Nel capitolo 3 viene riportata una proposta per il prossimo bando di gara, ottenuta a partire dalle informazioni riportate nel capitolo 2 attraverso un analisi delle priorità, basata innanzitutto su un confronto tra lo stato attuale del sistema elettrico nazionale e le proposte di ricerca, cui è seguito un esame della frequenza con cui i vari argomenti sono stati proposti dalle varie sedi. Nella proposta di bando gli argomenti di ricerca sono raggruppati in tre filoni principali e, per ciascuno di questi, essi sono riportati in ordine di priorità e sono volutamente sovrabbondanti rispetto alle possibilità ed obiettivi di un bando annuale, al fine di facilitare una scelta e l aggiustamento dei contenuti del bando. 2 PIANO TRIENNALE PER LA RICERCA 2.1 Generazione Centrali termoelettriche: miglioramento dei processi di combustione Cattura e confinamento geologico per centrali a carbone ad emissione zero IGCC (Integrated Gasification Combined Cycle), eventualmente con coproduzione di idrogeno. Versione del , 1

2 2.1.2 Centrali termoelettriche: trattamento degli effluenti ed interazione con l ambiente Miglioramento delle tecnologie di trattamento e smaltimento dei sottoprodotti della combustione (emissioni atmosferiche, fanghi, gessi). Perfezionamento di sistemi di filtrazione Centrali termoelettriche: miglioramento delle prestazioni termodinamiche Miglioramento delle prestazioni termodinamiche e ambientali delle centrali USC (Ultra Super Critiche). Sviluppo di tecnologie di recupero del cascame termico per applicazioni di teleriscaldamento o dissalazione Miglioramento delle prestazioni elettriche dei componenti Sviluppo di materiali innovativi per il contenimento delle perdite di origine elettrica (isolanti, materiali ferromagnetici). Sviluppo di strumenti di progettazione ottimizzata con tali materiali Affidabilità degli impianti di generazione Valutazione dell affidabilità delle centrali e dei sistemi AT (in alta tensione) per quanto riguarda il rischio sismico, meteorologico o terroristico Fonti rinnovabili ed alternative Sviluppo di impianti per la generazione fotovoltaica ed eolica. Perfezionamento di sistemi di valorizzazione energetica dei rifiuti e biomasse Generazione distribuita Sviluppo ed ottimizzazione dei generatori a celle a combustibile, di microturbine a gas ed idrauliche. Studio di fattibilità ed applicablità di cicli ibridi e combinati. Progettazione, realizzazione di prototipi di sistemi di produzione trasportabili e valutazione del loro impatto sul sistema elettrico Sistemi di accumulo dell energia Sviluppo di dispositivi di accumulo dell energia elettrica mediante campi magnetici, masse rotanti, gas in pressione. Valutazione dell impatto dei sistemi di accumulo di energia nella gestione di una rete e sviluppo di strategie di controllo ottimale dei sistemi di accumulo Gestione delle centrali Studi per il miglioramento della flessibilità di gestione ed operazione dell attuale parco di centrali, volti in particolare all ottimizzazione delle sequenze di avviamento e arresto delle centrali. Sviluppo di sistemi di diagnostica automatica delle macchine principali operanti nelle centrali (turbine a vapore, turbine a gas, generatori, pompe e compressori), al fine di migliorarne l esercizio, di attuare la manutenzione predittiva, di ridurre i disservizi. Versione del , 2

3 Analisi, ottimizzazione ed integrazione del sistema di comunicazione tra Gestore della Rete e produttori, alla luce delle nuove tecnologie di trasmissioni dati. 2.2 Trasmissione Trasporto dell energia Sviluppo di tecniche per migliorare lo sfruttamento della capacità di trasporto delle linee. Valutazione dell impatto sull affidabilità del sistema da parte di un nuovo sistema di linee di interconnessione con l estero. Analisi di fattibilità di un sistema di trasmissione CC (in corrente continua) ad altissima tensione e valutazione del suo impatto sulla stabilità della rete elettrica e la gestione dei flussi di potenza. Sviluppo di sistemi di trasmissione mediante cavi superconduttori ad alta temperatura Conversione dell energia Sviluppo di dispositivi innovativi di conversione statica per linee AT. Sviluppo di sistemi di compensatori attivi statici per il controllo dei flussi di potenza reattiva nelle linee di trasmissione Miglioramento delle prestazioni elettriche dei componenti Ottimizzazione del comportamento meccanico delle linee elettriche per effetto degli agenti atmosferici e sforzi elettrodinamici al fine di aumentarne l affidabilità e la vita, e di migliorarne le condizioni di esercizio e la manutenzione. Sviluppo di componenti innovativi per il miglioramento delle tecniche di interruzione dei circuiti mediante interruttori comandati da azionamento. Sviluppo di sistemi avanzati per il monitoraggio la diagnostica e la sicurezza di funzionamento di sistemi elettrici di trasmissione dell energia Impatto ambientale Sviluppo di procedure di ottimizzazione della geometria di sistemi elettrici di trasmissione (linee, impianti) ai fini del contenimento del campo elettromagnetico ambientale a frequenza Sviluppo di strumentazione di controllo e misura del campo magnetico a frequenza Compatibilità elettromagnetica per impianti di trasmissione e le linee aeree ed in cavo ad alta tensione. Valutazione degli effetti biologici dei campi elettromagnetici a frequenza industriale, effettuazione di indagini epidemiologiche Gestione della rete e delle interruzioni del servizio ( black-out ) Analisi e sviluppo delle modalità di gestione della rete di trasmissione in presenza di una produzione liberalizzata dell energia elettrica. Sviluppo di modelli di rete in condizione di interruzione del servizio ed individuazione dei fattori di rischio di interruzione. Versione del , 3

4 Individuazione delle strategie ottimali di ripristino del servizio. Individuazione dei criteri per la redazione di piani di distacco programmato dell utenza a scopo preventivo Sistemi di trasmissione dati Analisi, ottimizzazione ed integrazione del sistema ad onde convogliate alla luce delle nuove tecnologie di trasmissioni dati. Sviluppo di accoppiatori ad onde convogliate tra sistemi elettrici a tensioni diverse. Sviluppo di sistemi di controllo delle reti di trasmissione ed impianti di produzione ad intelligenza distribuita. 2.3 Distribuzione Diagnostica dei sistemi elettrici Sviluppo di componentistica, sensori, sistemi di trasmissione dati e monitoraggio della rete di distribuzione in presenza di microgenerazione distribuita Miglioramento delle prestazioni elettriche dei componenti Sviluppo di sensori distribuiti senza contatto per il monitoraggio e la protezione delle reti elettriche. Sviluppo di limitatori di corrente realizzati con materiali superconduttori Gestione degli impianti di distribuzione Analisi di durata ed affidabilità dei componenti degli impianti di distribuzione. Analisi di fattibilità e realizzazione di prototipi di un sistema di distribuzione BT in corrente continua. Innovazione tecnologica nei sistemi di protezione e nuove tecniche di esercizio del neutro anche attraverso l impiego di dispositivi statici di potenza. Valutazione dell impatto dei piccoli sistemi di accumulo di energia nella gestione di una rete e sviluppo di strategie di controllo ottimale dei piccoli sistemi di accumulo Gestione dei flussi di potenza e del contenuto armonico Sviluppo di compensatori attivi statici per il controllo dei flussi di potenza reattiva nelle linee di distribuzione ed individuazione delle strategie ottimali di gestione. Sviluppo di sistemi di filtraggio attivo del contenuto armonico di tensioni e correnti in rete, effettuato anche con tecniche di analisi tempo-frequenza Impatto ambientale delle reti ed impianti di distribuzione Sviluppo di sistemi di schermatura passiva per l inquinamento elettromagnetico a frequenza Sviluppo di sistemi di schermatura attiva e dei relativi sistemi di alimentazione e controllo. Sviluppo di procedure di ottimizzazione della geometria di sistemi elettrici di distribuzione (linee, impianti) ai fini del contenimento del campo elettromagnetico ambientale a frequenza Analisi di compatibilità elettromagnetica di linee di alimentazione per la trazione ferroviaria ad alta e bassa velocità. Versione del , 4

5 Studio dell immunità ad interferenze dei sistemi di segnalamento ferroviario e sistemi di sicurezza ferroviaria Studi di scenario economico/strategico/tariffario Valutazione della qualità del servizio Valutazione di modelli e strumenti statistici per l'ambiente del libero mercato dell'energia elettrica. Sviluppo di simulatori del mercato dell energia elettrica. Definizione di indicatori sintetici della qualità del servizio elettrico Strategie di tarifficazione Valutazione di politiche tariffarie per la razionalizzazione ed il contenimento dei consumi. Valutazione dell impatto della creazione di gruppi d acquisto. Valutazione e messa a punto di opportune metodiche per l'evidenziazione di comportamenti anomali, indice di accordi impropri fra soggetti produttori o distributori, capaci di falsare la concorrenzialità del mercato elettrico. Analisi dei fattori di rischio connessi alla volatilità dei prezzi nel mercato elettrico. Messa a punto di metodiche di previsione dei prezzi e di valutazione dell'affidabilità probabilistica delle stesse Strimenti di misura, software di gestione tarifficazione e comunicazione Sviluppo e modellistica di dispositivi elettronici di misura dei flussi di potenza attiva e reattiva. Sviluppo di nuove tecniche di telecomunicazione per la gestione remota della misura dell energia elettrica. Progettazione di sistemi integrati per l analisi in tempo reale di segnali analogici e digitali. 2.4 Utilizzi Uso razionale dell energia Sviluppo ed applicazione di modelli di previsione e tecniche di risparmio energetico in ambito civile, residenziale ed Conversione dell energia Sviluppo di dispositivi innovativi di conversione statica per linee BT (in bassa tensione), MT (in media tensione), per gli impianti utilizzatori Sviluppo tecnologico di componenti innovativi Sviluppo di azionamenti ad elevate prestazioni e a basso impatto energetico per applicazioni industriali di grande potenza. Valutazione del possibile impiego di azionamenti elettrici ad alta efficienza in applicazioni diffuse a regolazione convenzionalmente dissipativa. Versione del , 5

6 Massimizzazione dell autonomia di veicoli stradali elettrici ed ibridi attraverso l ottimizzazione degli apparati di conversione e degli scambi energetici tra elementi di accumulo (batterie e supercondensatori) e di generazione (celle a combustibile e motori a combustione interna). Trazione elettrica ferroviaria e stradale in assenza di catenaria di alimentazione, con ottimizzazione energetica tramite sistemi di accumulo. 3 BANDO DI GARA PER I PROGETTI DI RICERCA 3.1 Generazione e trasmissione dell energia elettrica Studi di affidabilità delle centrali e dei sistemi di distribuzione per quanto riguarda il rischio sismico, meteorologico o terroristico. Studi per il miglioramento della flessibilità di operazione dell attuale parco di centrali. Analisi, ottimizzazione ed integrazione del sistema di comunicazione tra Gestore della Rete e produttori. Analisi delle modalità di gestione della rete di trasmissione in presenza di una produzione liberalizzata dell energia elettrica. Studio di reti ed impianti di distribuzione in condizione di interruzione del servizio. Individuazione delle strategie ottimali di ripristino del servizio. Miglioramento delle tecnologie di trattamento e smaltimento dei sottoprodotti della combustione. Sviluppo di tecnologie di recupero del cascame termico. Sviluppo di dispositivi di accumulo dell energia elettrica. Perfezionamento di sistemi di valorizzazione energetica dei rifiuti e biomasse. Sviluppo di impianti per la generazione fotovoltaica, eolica. Valutazione degli effetti biologici dei campi elettromagnetici a frequenza Sviluppo di tecniche per migliorare lo sfruttamento della capacità di trasporto delle linee. Sviluppo di sistemi di trasmissione in corrente continua ad altissima tensione. Sviluppo di dispositivi innovativi di conversione statica per linee AT. Sviluppo di dispositivi per il miglioramento delle prestazioni elettriche dei componenti degli impianti di generazione e trasmissione. 3.2 Distribuzione dell energia elettrica Monitoraggio della rete di distribuzione in presenza di microgenerazione distribuita. Sviluppo di compensatori attivi statici per il controllo dei flussi di potenza reattiva nelle linee di distribuzione. Sviluppo di sistemi di filtraggio attivo del contenuto armonico di tensioni e correnti in rete. Sviluppo ed applicazione di modelli di previsione e tecniche di risparmio energetico in ambito civile, residenziale ed Versione del , 6

7 Sviluppo di sistemi di schermatura per l inquinamento elettromagnetico a frequenza Analisi dell immunità ad interferenze dei sistemi di sicurezza e di segnalamento ferroviario.. Sviluppo di simulatori del mercato dell energia elettrica. Definizione di indicatori sintetici della qualità del servizio elettrico. Sviluppo di dispositivi innovativi di conversione statica per linee BT (in bassa tensione), MT (in media tensione), per gli impianti utilizzatori. 3.3 Utilizzi Sviluppo ed applicazione di modelli di previsione e tecniche di risparmio energetico in ambito civile, residenziale ed Sviluppo di dispositivi innovativi di conversione statica per linee BT (in bassa tensione), MT (in media tensione), per gli impianti utilizzatori. Sviluppo di motori e azionamenti ad elevate prestazioni e a basso impatto energetico per applicazioni industriali di grande potenza. Trazione elettrica ferroviaria e stradale in assenza di catenaria di alimentazione, con ottimizzazione energetica tramite sistemi di accumulo. Versione del , 7

8 4 DOCUMENTI CONSULTATI [1] CERSE_POLIMI_Semeraro.doc [2] CERSE_Genova_Vernazza.doc [3] CERSE_L'Aquila_Orlandi.doc [4] CERSE_RFX_DeLorenzi.doc [5] CERSE_L'Aquila_Feliziani1.doc [6] CERSE_L'Aquila_Feliziani2.doc [7] CERSE_Sannio_DiSanto.doc [8] CERSE_Cagliari_Ginesu.doc [9] CERSE_Firenze_Angotti.doc [10] CERSE_Cassino_Rubinacci.doc [11] CERSE_POLIMI_Tironi.doc [12] CERSE_Roma1_Veca.doc [13] CERSE_RFX_Monari.doc [14] CERSE_POLIBA_Liberti.doc [15] CERSE_Roma1_Martinelli.doc [16] CERSE_SUN_Greco.doc [17] CERSE_POLITO_Repetto.doc [18] CERSE_Bologna.doc [19] CERSE_Uniroma3_Gori.doc [20] CERSE_Mattavelli.doc [21] CERSE_Siena_Vicino.doc [22] CERSE_Napoli_FED2.doc [23] CERSE_Pisa_Vitale.doc [24] CERSE_Trento_Fauri.doc [25] CERSE_Cagliari_Ginesu2.doc [26] CERSE_Bologna_Reggiani.doc [27] CERSE_L'Aquila_Cinieri.doc [28] CERSE_L'Aquila_Marzano&C.doc [29] CERSE_L'Aquila_Fiorucci.doc [30] CERSE_L'Aquila_Orlandi.doc [31] CERSE_Romasap_Sarto.doc [32] CERSE_Palermo_Morana.doc [33] CERSE_Polimi_Brandolese.doc [34] CERSE_Padova_Caldon.doc [35] CERSE_RC_Morabito.doc [36] CERSE_RomaSap_D'Amore.doc [37] CERSE_Unical_Luchi.doc Versione del , 8