Reti intelligenti e risorse distribuite: il futuro SMART delle nostre città Diego Rios Penaloza

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1 Reti intelligenti e risorse distribuite: il futuro SMART delle nostre città Diego Rios Penaloza Dipartimento di Ingegneria dell Energia Elettrica e dell Informazione (DEI) Università di Bologna

2 La città intelligente

3 Città intelligenti Una città intelligente (smart city) è un luogo nel quale i servizi e le reti tradizionali sono gestite in modo efficiente sfruttando l utilizzo di tecnologie dell informazione e della comunicazione (Information and Communications Technology, ICT).

4 Città intelligenti Cosa vuol dire gestione efficiente? L efficienza energetica fa riferimento alla capacità di un sistema di sfruttare l energia fornita ad esso.

5 Impianti di cogenerazione: un esempio di miglioramento dell efficienza energetica

6 Città intelligenti

7 Città intelligenti

8 Città intelligenti

9 Sistema elettrico

10 Missione del Sistema elettrico Soddisfare 365 giorni l anno 24 ore su 24 la domanda di energia elettrica di: 700 clienti AT (20%) clienti MT (35%) clienti BT (20% domestici, 25% altri usi) Produzione > Trasmissione = 1 Distribuzione = 144 Venditori > 380

11 Il sistema elettrico tradizionale

12 Da reti di ditribuzione passive a reti attive Transmissione Con Generazione Distribuita Sub-transmissione Distribuzione (MT) Distribuzione (BT) Flussi bidirezionali Tra infrastrutture della trasmisione alla distribuzione

13 SMART GRID

14 Cos è la smart grid? La Smart Grid è una rete elettrica che integra e gestisce in modo efficiente il comportamento e le azioni di tutti gli utenti connessi (generatori, consumatori e coloro che sono entrambi), con l obiettivo di garantire un funzionamento economica- mente efficiente del sistema elettrico, con un elevato livello di sicurezza, continuità del servizio e qualità della fornitura.

15 Sistema elettrico tradizionale

16 Sistema elettrico moderno, verso la smart grid Generazione Distribuita Sistemi di accumulo

17 Perché deve essere smart? Inversione di flussi di potenza Limiti di transito Alterazione profili di tensione sulle linee Malfunzionamento protezioni Impiego di fonti rinnovabili Gestione ancora più intelligente del sistema, e ampio uso di ICT Necessità di sorgenti di accumulo Uso di convertitori (e non generatori sincroni) e quindi perdita di inerzia e di stabilità Armoniche di tensione e corrente Reti con caratteristiche di self-healing Tecniche per la riconfigurazione della rete e per la diffusione e sviluppo di micro reti autonome Supporto alla diffusione della mobilità elettrica Network capacity occorre verificarla VE come potenziali generatori

18 Requisiti tecnologici di una smart grid - ICT: Integrare e collegare informaticamente i componenti del sistema di potenza (TSO, DSO, generatori, consumatori e prosumatori) - Tecnologie di automazione, controllo e misura. - Sistemi di accumulo e generazione distribuita

19 Alterazione dei profili di tensione HV network CP CUB1 00 CUB2 1,15 1, ,05 Scenario 5 linea 1 Scenario 5 linea 2 1,00 Limite sup Limite inf 08 0, ,90 Linea 2 Porzione di rete passiva Linea 1 Porzione di rete con GD

20 La composizione del fabbisogno di energia elettrica in Italia al 2005

21 La composizione del fabbisogno di energia elettrica in Italia al 2017

22 Produzione di energia elettrica in Italia dal 2000 in poi

23 Produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili in Italia dal 2000 in poi

24 Il sistema elettrico ad oggi HVDC Links RES (> 10MW) 400 V 230 V MICROGRIDS GENERAZIONE DISTRIBUITA

25 Connessione alla rete Valori indicativi di potenza che è possibile connettere sui diversi livelli di tensione della rete di distribuzione

26 FONTI RINNOVABILI E GENERAZIONE DISTRIBUITA

27 Impianti idroelettrici

28 Impianti idroelettrici

29 Impianti fotovoltaici

30 Impianti fotovoltaici

31 Impianti eolici

32 Impianti eolici

33 Impianti geotermoelettrici

34 Impianti geotermoelettrici

35 SISTEMI DI ACCUMULO

36 Importanza dell accumulo Massimizzare la produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili.

37 Importanza dell accumulo Minimizzare le perdite riducendo i flussi di potenza nelle reti di distribuzione e favorendo il consumo di energia nei punti più vicini a dove essa è prodotta.

38 Importanza dell accumulo

39 Sistemi di accumulo: Batterie

40 Sistemi di accumulo: Idropompaggio

41 Sistemi di accumulo: Veicoli elettrici

42 Qual era la missione del Sistema elettrico? Soddisfare 365 giorni l anno 24 ore su 24 la domanda di energia elettrica. Garantire la stabilità della rete e la qualità e continuità della fornitura di energia elettrica

43 MICROGRID

44 Struttura della rete di distribuzione moderna con GD e sistemi di accumulo

45 Cos è una Microgrid La microgrid è un insieme di fonti energetiche distribuite, accumulo e carichi controllabili, che normalmente opera connesso alla rete elettrica, ma che può essere disconnesso e funzionare autonomamente.

46 Sistemi di gestione

47 Sistemi di gestione

48 Sistemi di gestione

49 Conclusioni Le fonti rinnovabili costituiscono una sfida per il corretto funzionamento della rete elettrica, che necessita conseguentemente di una crescente diffusone di ICT I problemi tecnici da risolvere per la rete sono tuttora numerosi: - natura aleatoria delle fonti di energia rinnovabile - la loro connessione alla rete - la prevista diffusione della mobilità elettrica - il necessario adeguamento tecnico degli impianti Sistemi ibridi (fonte tradizionale, rinnovabile ed accumulo) rappresentano una soluzione promettente per la transizione Le smart grids sono ritenute uno dei principali enablers per le smart cities

50 Gruppo di Ricerca LISEP Laboratorio di Ingegneria dei Sistemi Elettrici di Potenza Carlo Alberto Nucci Full Professor Alberto Borghetti Full Professor Fabio Napolitano Researcher (Assistant Professor) Fabio Tossani PhD Studenti PhD James Amankwah Adu Camillo Orozco Diego Rios Penaloza Giorgia Pulazza Dino Zanobetti Emeritus Professor

51 Diego Rios Penaloza Dipartimento di Ingegneria dell Energia Elettrica e dell Informazione (DEI) Università di Bologna