Smart Grids. Strategie di sviluppo del sistema elettrico verso le reti attive ed intelligenti

Transcript

1 Smart Grids Strategie di sviluppo del sistema elettrico verso le reti attive ed intelligenti Roberto Turri Dipartimento di Ingegneria Industriale Università degli Studi di Padova Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

2 Considerazioni 1. Cambiamento di paradigma della produzione di energia elettrica: da una produzione centralizzata verso una Generazione Distribuita di più piccola taglia in grado di accedere e sfruttare meglio le fonti rinnovabili 2. Sviluppo di sistemi per l informazione sempre più capillari e a basso costo (interazione produttore-utente, monitoraggio e controllo in tempo reale dell intero processo energetico) 3. Sul piano economico-gestionale: passaggio da strutture monopolistiche verticalmente integrate al libero mercato dell energia Profonda ridefinizione del ruolo delle RETI ELETTRICHE: da sistemi per il trasferimento di energia a infrastrutture (molto più complesse) cui produttori e consumatori possano liberamente accedere per scambiarsi il prodotto energia. Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

3 Bisogni del sistema elettrico del futuro Rinnovo della rete elettrica e innovazione della stessa: più automazione, controllo remoto, ecc. Sicurezza della fornitura Gestione efficiente della generazione distribuita e delle fonti rinnovabili Interoperabilità delle reti elettriche europee Gestione efficiente e ammodernamento delle tradizionali centrali elettriche Approccio mirato a soddisfare il consumatore Mercato liberalizzato Attenzione all ambiente Valutare la risposta alla domanda e la sua gestione. Valutare gli aspetti politici e normativi Coinvolgimento di tutti gli attori interessati. Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

4 Definizione Smart Grid Anche se non esiste una definizione universalmente accettata E una rete elettrica che può integrare intelligentemente il comportamento e le azioni di tutti gli utenti ad essa connessi produttori, consumatori e produttori/consumatori - allo scopo di assicurare efficientemente un approvvigionamento elettrico sostenibile, economico e sicuro. (European «Smartgrids» Technology Platform, 2006) Favorisce la generazione distribuita Rafforza l integrazione fra reti di potenza e reti di segnale Promove consapevolezza e partecipazione Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

5 Visione Smart Grid Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

6 Cosa non sono le Smart Grid? Con il termine Smart Grid ci si riferisce a reti elettriche solamente, sia a livello di distribuzione che trasmissione. Smart Grids non sono «Super Grids» e non appariranno molto differenti dalle reti elettriche «convenzionali» (rame e ferro). Non è una Rivoluzione, bensì una Evoluzione nell ambito della quale le reti elettriche sono continuamente migliorate per soddisfare ai requisiti degli utenti, attuali e futuri. Non ci sarà (ne potrebbe esserci) una immissione sul mercato di Smart Grid, dal momento che la commercializzazione di prodotti è già in corso Anche se spesso si tende a confondere i due concetti, smart metering non è Smart Grid (che invece è un insieme molto più vario di tecnologie e soluzioni). Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

7 Struttura attuale del sistema elettrico Flusso energia unidirezionale Generazione Trasmissione Centrale Elettrica Transformatore Sottostazione di distribuzione Sottostazione di distribuzione Sottostazione di distribuzione Commerciale Residentiale Distribuzione Industriale Commerciale Gr. Continuità Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

8 Flussi energia bidirezionali Integrazione di due infrastrutture Utenti rete dati Centrale Elettrica Transformatore 2. Rete trasmissione dati Centro Controllo Cogenerazione Microturbina Sottostazione di distribuzione Turbina a gas Sottostazione di distribuzione Sottostazione di distribuzione Foto voltaico Batterie Residentiale Residential Data Concentrator Cogenerazione Cogenerazione Industriale Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre Cella Comb. Commerciale Commerciale Gr. Continuità Generazione distribuita Rete di distribuzione attiva

9 L evoluzione delle reti di energia Come è. Controllo centralizzato Flusso di energia unidirezionale Limitata interazione con i carichi locali come sarà Controllo delocalizzato Flussi di energia multi-direzionali Possibilità di interazione con i carichi Segnali di prezzo/volume in realtime Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

10 ICT elemento essenziale delle Smart Grid ICT essenziale per Smart Grid Necessità di Cosimulazione Valutazione dell affidabilità Sicurezza informatica Interoperabilità Standardizzazione System Restoration Technology Interaction Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

11 Tre passi fondamentali verso le Smart Grids Enfasi sul valore dell energia Enfasi sul valore dell informazione Reti attive: reti MT con una grande quantità di generazione distribuita controllata direttamente e indirettamente da Distributore Micro Reti : reti BT con sorgente non dispacciabile e sistemi di accumulo, isole che si creano in situazioni critiche. Utility virtuali: reti tipo internet con un mercato dell energia locale basato su segnali di prezzo continui tra generatori e carichi. Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

12 Confronto caratteristiche reti attuali e future (1) RETI ATTUALI Costruite per sistemi integrati di generazione e trasmissione Differenti standard dei dispositivi e sistemi di comunicazione Comunicazioni mono-direzionali RETI FUTURE (Smart Grids) Pronte per l integrazione delle generazioni da fonti rinnovabili Standard comuni (plug&play) Comunicazioni bi-direzionali Sistemi parzialmente analogici Sistemi digitali integrati Pochi sensori Misure e sensori integrati in tutti i dispositivi Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

13 Confronto caratteristiche reti attuali e future (2) RETI ATTUALI Sistemi poco monitorati dall uomo RETI FUTURE (Smart Grids) Sistemi con autodiagnostica Controllo centralizzato Sistemi di controllo gerarchizzati Pochi sistemi di accumulo Sistemi di accumulo diffusi Manutenzione e sostituzione a tempo o su evento Ripresa del servizio manuale Pochi sistemi di difesa da disservizi Manutenzioni e sostituzioni in base al livelli di performance Ripresa del servizio automatica Sistemi di protezione autoadattativi, auto-islanding Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

14 Confronto caratteristiche reti attuali e future (3) RETI ATTUALI Mercati poco sviluppati Vincoli ai mercati dati da congestione di rete RETI FUTURE (Smart Grids) Mercati pienamente sviluppati localmente e a livello internazionale Poche congestioni di rete Controllo limitato dei flussi di potenza Controllo coordinati di FACTS Informazioni di mercato limitate per gli utenti Utenti passivi Tutte le informazioni di mercato disponibili Utenti attivi, prosumers Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

15 Caratteristiche delle Smart Grids La rete del futuro per fronteggiare tutte queste problematiche dovrà essere pertanto smart, ovvero intelligente (ma non solo). Le attuali distinzioni e demarcazioni fra rete di trasmissione e distribuzione tenderanno a sfumare verso una struttura più simile a internet con nodi più o meno importanti da un punto di vista funzionale. L utente finale diventerà sempre più interattivo sia col mercato che con la rete, l elettricità potrà essere prodotta e immessa in ogni punto della rete per rendere l energia più economica e sicura e garantire una inter-operabilità. Il primo passo verso l adozione di una strategia comune per lo sviluppo della rete elettrica europea è stata la carta Vision and Strategy for Europe s Electricity Network of the future (aprile 2006 Piattaforma Tecnologica Europea «SmartGrid»). Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

16 La Piattaforma Tecnologica Europea SmartGrids MISSIONE Formulare e promuovere una visione comune sulle reti elettriche del futuro (2020 e oltre) indirizzando la ricerca e lo sviluppo tecnologico nel contesto europeo Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

17 Agenda di Ricerca Strategica (SRA) Coinvolgimento di tutti gli attori interessati all evoluzione della rete, per: Sviluppare una visione condivisa della rete del futuro Identificare i bisogni e indirizzare gli sforzi pubblici e privati della ricerca sulle reti elettriche Portare a delle conclusioni da divulgare ad ogni livello e delle raccomandazioni da fare per i programmi di ricerca futuri Piccoli Utenti Grossi Utenti Reti di Distribuzione Reti di Trasmissione Vantaggi aspettati per i vari attori Partecipazione nel lato della domanda Miglioramento di qualità e di sicurezza della fornitura Riduzione della congestione per l esportazione della generazione. Accesso ai mercati elettrici europei Integrazione delle DER per la qualità e sicurezza della fornitura. Completare il rinnovamento delle strutture con sicurezza ed economicità. Riduzione della congestione per i flussi energetici a livello europeo e accesso libero ai servizi ausiliari essenziali attraverso l Europa Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

18 FP7: 7 Programma Quadro PIATTAFORMA TECNOLOGICA Smartgrids Strategic Research Agenda (SRA) CALL FOR PROPOSALS Elaborate dalle Direzioni Centrali della UE nell ambito dei programmi quadro di ricerca. Contengono i temi di interesse di ogni SRA PROPOSTE DI RICERCA Presentate, sulla base delle Call for Proposals, dal coordinatore di un consorzio già delineato. SELEZIONE PROPOSTE Da parte delle Direzioni UE Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

19 Strategic Energy Technology Plan (SET Plan) SET Plan European Strategic Energy Technology Plan Si propone di: Accelerare l innovazione delle tecnologie europee low-carbon Far fronte ai vincoli della dipendenza energetica e della sostenibilità ambientale Agevolare il legame tra ricerca e mercato ponendo le imprese comunitarie in una posizione di leadership nel settore delle tecnologie low-carbon Contrastare la dispersione delle risorse finanziarie e la frammentazione delle strategie di ricerca della UE Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

20 Iniziative del SET - Plan The European Industrial Bioenergy Initiative The European Electricity Grid Initiative The Sustainable Nuclear Initiative The European CO 2 Capture, Transport and Storage Initiative The European Fuel Cells and Hydrogen (FCH) Joint Technology Initiative Energy Efficiency The Smart Cities Initiative The Solar Europe Initiative The European Wind Initiative European Electricity Grid Initiative (EEGI) Un innovativo programma europeo di ricerca, sviluppo e dimostrazione sulla rete elettrica, finalizzato a preparare lo svilupppo massivo ed ottimizzato delle reti intelligenti europee per il raggiungimento degli obiettivi Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

21 European Electricity Grid Initiative EEGI : motivazioni Principale sfida è di integrare e sviluppare le tecnologie innovative nel sistema elettrico e validare le loro prestazioni sul campo. Le soluzioni da validare sono abilitanti delle altre Iniziative di tecnologie energetiche (solare, eolico, in generale DER) Operatori di rete dovranno essere alla guida dei progetti RD&D (direttamente responsabili per un esercizio sicuro in ogni condizione oltre che testare le soluzioni con progetti dimostrativi, ovviamente con forte coinvolgimento di altri partecipanti). Esercizio delle reti elettriche è regolato da tariffe definite dai Regolatori. In molti paesi europei gli attuali schemi tariffari non comprendono sufficienti incentivi per lanciare i necessari progetti su larga scala. Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

22 European Electricity Grid Initiative EEGI : obiettivi Integrare attivamente nuovi modelli di generazione e consumo efficienti integrare le nuove fonti energetiche intermittenti a diversi livelli di tensione abilitare la Active Demand per gli utilizzatori finali nuovi utilizzi elettrici (esempio veicoli elettrici, pompe di calore, ) abilitare nuove opportunità di business per tutti gli attori del mercato Avere un coordinamento dell esercizio e una pianificazione sull intera rete elettrica (trasmissione e distribuzione) Studiare e proporre nuove regole di mercato per massimizzare il benessere europeo Progetti dimostrativi sono alla base per uno sviluppo su larga scala e richiedono il coinvolgimento di organismi di ricerca, università e di partecipanti del mercato quali produttori, utilizzatori, fornitori di tecnologie informatiche,. Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

23 European Electricity Grid Initiative Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

24 European Electricity Grid Initiative Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

25 European Electricity Grid Initiative Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

26 Variabili che influenzano gli investimenti Processo autorizzativo/ partecipativo Fondi pubblici (nazionali / EU) Investimenti infrastrutture Certezza del quadro regolatorio Incentivi Generali Incentivi Specifici Leve del Regolatore Remunerazione base (WACC) Standard, incentivi/penali qualità Progetti Smart Grid Extra-WACC Incentivi Output-based Incentivi Input-based Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

27 Deliberazione ARG/elt 39/10 Procedura di selezione progetti dimostrativi Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

28 Delibera Arg/elt 39/10 Provvedimento dell'autorità per l'energia elettrica e il gas (delibera Arg/elt 39/10) a sostegno di alcuni progetti pilota per incentivare lo sviluppo delle cosiddette smart grids, le reti intelligenti in grado di far interagire efficacemente produttori e consumatori, di prevedere in anticipo le richieste di consumo e di bilanciare con flessibilità, la produzione e la domanda di energia elettrica anche localmente. La sperimentazione di alcuni progetti pilota, svolti sul campo, è quindi un passaggio indispensabile per valutare se i benefici attesi giustifichino gli oneri previsti e per proseguire con le successive azioni industriali Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

29 Progetti dimostrativi 2% remunerazione extra per un periodo di 12 anni per investimenti ammessi per progetti dimostrativi smart grids (WACC+2%, ad es. dal 2012 reti di distribuzione 8,6%+2% =10,6%) Procedura di ammissione per progetti dimostrativi Definizione di requisiti minimi per progetti dimostrativi Nomina di commissione di esperti indipendenti per la valutazione e selezione dei progetti ammissibili Identificazione benefici (approccio KPI - Key Performance Indicators) Selezione dei progetti con più elevato rapporto Benefici/Costi Costi del processo di valutazione a carico dei proponenti Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

30 Requisiti obbligatori del progetto pilota Impianto reale Rete MT attiva Sistema di controllo / regolazione della tensione Sistema di registrazione automatica degli indicatori prestazionali Protocolli di comunicazione non proprietari Requisiti opzionali del progetto pilota Una o più cabine primarie Sistema SCADA per rilevazione flussi Protezioni innovative e automazione degli attuatori Coinvolgimento delle produzioni con sistemi di comunicazione e controllo Sistema di comunicazione bidirezionale Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

31 Priorità di innovazione 1. Grado di efficienza della rete nella raccolta dell energia rinnovabile diffusa sul territorio, cioè aumento dell'energia immettibile (hosting capacity) in rete da generazione distribuita) 2. Aumento di servizi offribili dal distributore (DSO), che trasformerebbero la rete di distribuzione da problema a risorsa per la rete di trasmissione nazionale (modulazione del profilo di scambio alla cabina primaria) 3. Grado di partecipazione degli utenti (regolazione della tensione e demand response) 4. Replicabilità e sostenibilità su larga scala del progetto Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

32 Progetti in corso Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre 2012

33 Alcune funzioni innovative proposte 1. Concetto Sottostazione Estesa 2. Regolazione dello scambio fra distribuzione e RTN in CP 3. Selettività logica e telescatto 4. Controllo diffuso e innovativo della tensione in rete 5. Utilizzo potenzialità della mobilità elettrica e stoccaggio 6. Influenza di apparati demand response Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

34 Esempi Innovazione (1) Sottostazione estesa ARCHITETTURA DI COMUNICAZIONE NELLA SOTTOSTAZIONE ESTESA LIVELLO 1: SCADA VSC CABINA PRIMARIA SPL LCP Wi-Fi FIBRA OTTICA RCD RCP RUA LIVELLO 2: CIMS DRG SPI RAT RPA CDP CGU CABINE DEL DISTRIBUTORE UTENTI ATTIVI Fonte: ASSM Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

35 Esempi Innovazione (2) Selettività logica e telescatto CP SEGNALE DI BLOCCO SEGNALE DI BLOCCO SEGNALE DI BLOCCO RGDM1 RGDM2 RGDM3 RGDM4 CS1 CS2 CS3 CS4 DG NO SCATTO! UTENTE MT selettività caso 3 CEI 0-16 DM Blocco cablato Blocco via rete TLC 34 DF Fonte: ENEL Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

36 Prossimi passi Approfondimenti tematiche specifiche (accumuli/modello mobilità elettrica/demand response) (chi fa cosa/perimetro grid/market model) Aggiornamento connessioni (regolazione energia reattiva, regolazione immissioni) Aggiornamento mercato (distributore/dso/ aggregatore di risorse) (remunerazione mancata produzione) (mercato locale) Aggiornamento incentivi (pubblicazione risultati e valutazioni estensione soluzioni smart su larga scala) (indicatori di performance/smartness output-based) Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre

37 grazie per l attenzione. Roberto Turri Dipartimento di Ingegneria Industriale Università degli Studi di Padova roberto.turri@unipd.it Seminario SEL SMART GRIDS: sviluppo delle reti elettriche di distribuzione - Bolzano, 9 novembre