Smart Lab ABB Simulazione e studio di componenti e sistemi per le reti elettriche e idriche

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1 Smart Lab ABB Simulazione e studio di componenti e sistemi per le reti elettriche e idriche

2 Il Laboratorio Lo Smart Lab ABB di Dalmine è una struttura unica nel suo genere dedicata alla sperimentazione, alla ricerca e alla dimostrazione delle tecnologie più innovative. Il laboratorio, mostra il funzionamento integrato di una vasta gamma di prodotti e sistemi per la trasmissione e distribuzione elettrica e per l industria, costruiti in gran parte nelle 13 fabbriche italiane del Gruppo ABB. Grazie alle varie tipologie dei componenti installati e interconnessi è possibile simulare il comportamento di reti di distribuzione elettriche radiali, magliate e rurali, oltre alla simulazione di componenti e sistemi per domotica, data center, gestione del parco installato e efficienza energetica. Le soluzioni Le soluzioni presentate, aggiornate sui più attuali trend tecnologici, permettono di verificare tramite prove e simulazioni come i componenti, i sistemi e le competenze di ABB, migliorino i processi industriali e il funzionamento delle reti elettriche di alta, media e bassa tensione in funzione delle differenti esigenze di utility, industrie, infrastrutture, centri di ricerca, ecc. 2

3 Energia e automazione Lo studio e la sperimentazione dell integrazione dei componenti sono rivolti alla realizzazione di reti intelligenti ma anche al miglioramento dell'efficienza energetica di industrie, edifici e Data Center, al controllo di liquidi e gas negli impianti di processo e nelle reti delle multiutility, alla gestione di robot negli impianti manifatturieri. I dispositivi, sistemi e software presenti permettono di esplorare le soluzioni più adeguate per la rapida evoluzione di ampi settori del mondo dell energia e dell automazione, sia includendo le nuove tecnologie di interconnessione e comunicazione, sia contribuendo allo sviluppo delle infrastrutture per le Smart City di domani. 3

4 Simulazione e comportamento delle reti elettriche Struttura delle reti elettriche Le reti di distribuzione tradizionali sono caratterizzate da un flusso di potenza unidirezionale, dove l energia viene prelevata dalle reti di trasmissione di alta tensione per essere erogata alle utenze finali. Nello Smart Lab vengono simulate reti di distribuzione che prevedono il contributo di fonti di energia rinnovabile, simulando reti di distribuzione sia magliate che radiali, comprendendo le stazioni di trasformazione media tensione/bassa tensione. Definizione di una Smart Grid La significativa crescita della generazione distribuita porta ad una completa rivisitazione della gestione delle reti elettriche di distribuzione da passive ad attive. Questa evoluzione è identificata in ambito internazionale con il termine Smart Grid, per indicare reti fortemente automatizzate ed innovative che, garantendo un elevato livello di affidabilità, flessibilità ed accessibilità del sistema, sono in grado di far fronte alle numerose problematiche connesse alla massiccia penetrazione di fonti energetiche rinnovabili. Caratteristica fondamentale delle Smart Grid è l impiego pervasivo della comunicazione per la misura e il controllo a distanza. Il protocollo principalmente utilizzato è IEC61850, standard internazionale per l automazione dei sistemi elettrici, che consente la comunicazione, sia verticale verso il sistema (per esempio con la sala controllo di una sottostazione), sia orizzontale (per esempio tra i relè di una stessa cabina elettrica e tra relè di sottostazioni differenti) tra i vari dispositivi presenti nella rete, utilizzando messaggi G.O.O.S.E. (Generic Object Oriented Substation Event). 4

5 Simulazioni Nello Smart Lab ABB sono presenti componenti e sistemi quali: sensori per acqua e gas, sistemi SCADA, moduli PLC, motori, azionamenti, inverter per impianti fotovoltaici, dispositivi di accumulo, robot, stazioni di ricarica per veicoli elettrici, apparecchiature di media e alta tensione e trasformatori, sensori di corrente e tensione, componenti e sistemi di bassa tensione, alimentatori statici di continuità per data center, tutti i sistemi di comunicazione comunemente utilizzati dalle Smart Grid e dai relativi sistemi di controllo, ecc. Il laboratorio permette di simulare il comportamento delle reti elettriche in diverse condizioni: funzionamento normale o in isola, presenza o meno di generazione distribuita con diversi livelli di produzione, connessione e disconnessione di carichi; oltre ai possibili eventi di guasto nei diversi tratti di linee della rete. In tutti questi casi, le apparecchiature di protezione e automazione lavorano in base a segnali generati in base a modelli matematici, ma il loro funzionamento si realizza come in una rete reale. In questo modo si possono sottoporre a verifica le diverse soluzioni possibili per reagire a ciascun tipo di situazione, identificando subito le migliori. I modelli matematici, cuore del sistema di simulazione, vengono mantenuti aggiornati in collaborazione con centri di ricerca e università di tutto il mondo, considerando le nuove situazioni che via via si presentano nelle moderne reti elettriche. Il laboratorio comprende anche i dispositivi di comunicazione tra più sottostazioni, permettendo di realizzare e simulare il funzionamento di nuove applicazioni che si basano sullo scambio di dati per migliorare la gestione dei malfunzionamenti e aumentare l affidabilità complessiva della rete. Queste tecnologie, non ancora utilizzate nelle attuali reti di distribuzione, saranno sempre di più oggetto di applicazione pratica in futuro. 5

6 Automazione e sistemi di comunicazione Il comportamento delle reti In una rete convenzionale, in caso di guasto su un ramo periferico è possibile che l intervento delle protezioni si propaghi a rami di livello superiore; ciò implica la messa fuori servizio di aree molto ampie della rete di distribuzione con conseguente allungamento dei tempi di ripristino e aumento delle penali poste dalle autority di sorveglianza della qualità del servizio di distribuzione dell energia. Questo problema è ora più che mai attuale per le società di distribuzione dell energia, che oggi sono chiamate a gestire maggiori interconnessioni e i contribuiti da sistemi di generazione distribuita non programmabili che, in caso di guasto, possono interferire e compromettere la stabilità di tutta la rete elettrica. 6

7 Prove e simulazioni sulle reti Prove e simulazioni sulle reti di distribuzione idrica Nello Smart Lab è presente un simulatore di rete idrica, dotato di un circuito idraulico realmente funzionante e composto da tutte le principali apparecchiature ABB per la misura, il monitoraggio e la regolazione dei fluidi. Il circuito dispone di un proprio serbatoio d acqua, che viene movimentata con motori e relativi inverter, con i quali è possibile simulare in tempo reale l andamento delle pressioni e delle portate agendo su apposite valvole. Oltre alla gestione automatica in tempo reale dei parametri del circuito idraulico, è possibile monitorare il risparmio energetico dei kit inverter-motore-pompa oltre che a verificare direttamente i vantaggi che questi sistemi possono apportare alle rete idriche delle nostre città o impianti industriali. Prove e simulazioni di soluzioni robotizzate, di gestione dei picchi di domanda energetica e dimostratore di soluzioni domotiche per edifici residenziali Nello Smart Lab sono presenti componenti funzionanti e con i quali è possibile interagire, come un robot di ultima generazione ed un simulatore che consente di apprezzare le potenzialità dei dispositivi di Power Management che consentono una gestione oculata della contemporaneità dei carichi ottimizzando l utilizzo ed il dimensionamento delle reti e dei contratti di fornitura. Interagendo con il dimostratore delle soluzioni domotiche è anche possibile vedere come queste tecnologie possono portare l efficienza energetica e i vantaggi del controllo remoto fin dentro le nostre case. Affidabilità delle reti Disporre di una struttura che consente di provare componenti e configurazioni in modo flessibile e dinamico, permette ai visitatori dello Smart Lab di ricreare reali condizioni di rete, studiare situazioni specifiche, simulando diversi flussi energetici o possibilità di guasto e, in definitiva, capire quali componenti utilizzare e quali scelte operare per garantire la maggiore accuratezza possibile nella gestione delle reti di distribuzione elettrica. Reti di comunicazione Per garantire una maggior affidabilità della rete di distribuzione elettrica, le tecniche di utilizzo delle tecnologie di Information Technology devono essere ulteriormente studiate e verificate prima di essere impiegate in progetti reali. Il laboratorio Smart Grids mette a disposizione una struttura di comunicazione basata sia su reti private Ethernet e wireles sia su reti pubbliche quali GPRS o LTE. È quindi possibile verificare l efficacia delle automazioni di protezione e selettività di rete utilizzando diversi mezzi di comunicazione. 7

8 Contatti ABB S.p.A. Power Products Division Unità Operativa Sace-MV Via Friuli, 4 I Dalmine Telefono: Fax: info.mv@it.abb.com Dati e immagini non sono impegnativi. In funzione dello sviluppo tecnico e dei prodotti, ci riserviamo il diritto di modificare il contenuto di questo documento senza alcuna notifica. Copyright 2015 ABB. All rights reserved. 1VCP Rev. A, it - Brochure (Brochure Smart Lab) (gs)