Il ruolo dello Storage nella gestione delle reti

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1 Il ruolo dello Storage nella gestione delle reti Introduzione ai progetti pilota Terna: esigenze di rete e criticità legate alle FER. Guido Guida Milano, 27 settembre 2017

2 Lo sviluppo delle FER Milano, 27 settembre

3 I principali cambiamenti degli ultimi anni Boom del Rinnovabile La capacità installata delle Rinnovabili in Italia ha avuto una rapida diffusione, principalmente grazie alla crescita del Solare, dovuta agli incentivi erogati negli ultimi anni: dal 2000: Eolico +7,5 GW Fotovoltaico +18,6 GW Installazioni prevalentemente nel Sud Italia, in siti lontani dai grandi centri di consumo. GW 24x Tale crescita è stata accompagnata da una sempre maggiore capacità, da parte di Terna, di gestire al meglio l immissione delle Rinnovabili nel Sistema Elettrico Nazionale, nonostante la non programmabilità di alcune unità di produzione e la distribuzione non uniforme dell Offerta eolica sul territorio nazionale. Milano, 27 settembre

4 Rinnovabile Potenza Installata Copertura della Domanda con Rinnovabile La Generazione Distribuita (GD) ha rivoluzionato in pochi anni il mondo della produzione. Da poche grandi centrali in alta tensione a tante piccole produzioni diffuse nelle reti MT e BT. Da centrali rotanti in grado di rispettare un programma di produzione prestabilito, a unità di generazione in larga parte statiche con produzione a carattere discontinuo. Da impianti di generazione dotati di un ampia gamma di servizi di rete (regolazioni automatiche di frequenza e tensione, insensibilità agli abbassamenti di tensione, rifiuto del carico, etc.) a produzioni prive di tali servizi o con servizi limitati. Il rinnovabile non è monitorato in tempo reale. La previsione sul breve-medio termine non si basa su misurazione diretta. I soli impianti fotovoltaici italiani equivalgono a 70 gruppi convenzionali da 320 MW o 19 gruppi nucleari da 1300 MW nascosti nelle reti di distribuzione. Milano, 27 settembre

5 Impatto delle Fonti Rinnovabili sul Sistema Elettrico La crescita della produzione da FER e il relativo obbligo di ritiro possono portare a: Incremento delle Congestioni di rete Impatto sui requisiti e sulla disponibilità dei margini di riserva o Maggiore fabbisogno di riserva a causa della intermittenza/incertezza di previsione della produzione delle fonti rinnovabili non programmabili o Riduzione dei margini di riserva disponibili su impianti convenzionali Criticità principali: Congestioni di rete Riduzione della capacità regolante Riduzione dell inerzia del sistema Gestione minimi diurni e notturni Fonte: IEA wind Task 25 «Design and Operation of power system with large amounts of wind power» - Holtinnen et al. (2007) Milano, 27 settembre

6 Il cambio di paradigma dopo il boom delle Rinnovabili Complessità di gestione del sistema L evoluzione del Sistema Elettrico Nazionale, con particolare riferimento alla riduzione della Domanda e all incremento della penetrazione degli impianti di generazione da Fonte Rinnovabile, ha reso negli anni sempre più critica la gestione da parte di Terna del Fabbisogno Residuo (ovvero la quota parte di Fabbisogno «coperto» da una produzione tradizionale). Tali difficoltà nella gestione del Sistema Elettrico non sono tipiche soltanto dei giorni festivi come in passato, ma sono presenti in misura diversa durante tutto l anno, in base alla stagionalità della produzione da fonti Rinnovabili e al tipo di giorno (e.g. fabbisogno più basso nei giorni festivi). Milano, 27 settembre

7 Impatto sulle congestioni di rete Alcune porzioni di rete a 150 kv risultano caratterizzate da un elevata concentrazione di parchi eolici. L elevata produzione eolica determina un incremento di congestioni locali e tra zone di mercato (e.g. Sud-Centro Sud) che possono comportare una modulazione dell energia potenzialmente producibile attraverso dei comandi di limitazione inviati ai produttori (Mancata Produzione Eolica MPE). Nel 2010 le azioni di modulazione hanno determinato complessivamente un corrispettivo MPE di circa 500 GWh. Milano, 27 settembre

8 Generazione distribuita in Europa Installato fotovoltaico Totale installato GD [GW] [GW] Totale installato generazione distribuita in Europa anno 2015 survey 2015 Fonte: Milano, 27 settembre

9 Le esigenze del sistema elettrico Milano, 27 settembre

10 Massimizzazione delle produzioni FER Gestione delle congestioni in aree a forte penetrazione rinnovabili Riduzione MPE Aumento dei margini di adeguatezza del sistema Miglior controllo dei profili di carico della rete Milano, 27 settembre

11 Impatto delle FER Fasi di attivazione delle riserve evoluzione temporale Lo sviluppo di generazione distribuita comporta: Cambiamento del mix di generazione Riduzione della risposta inerziale del sistema Rischio di perdita di generazione distribuita (in Italia già affrontato dalle delibere AEEGSI 84/12 e 243/13 con il programma di retrofit degli impianti) Lo sviluppo delle FER ha ridotto l INERZIA del sistema Milano, 27 settembre

12 Compensazione dell effetto della generazione inverter based INERZIA 50 Tipicamente messa a disposizione dalle macchine rotanti e dai carichi Si riduce all aumentare delle macchine a inverter frequency [Hz] PV increase Lo stesso evento causa un transitorio di frequenza sempre più ampio all aumentare della penetrazione della generazione distribuita time [s] Milano, 27 settembre

13 Compensazione dell effetto della generazione inverter based REGOLAZIONE DELLA FREQUENZA PRIMARIA La regolazione primaria, divenendo il sistema sempre più «debole», deve essere sempre più rapida La penetrazione delle FER, di norma a potenza massima e, a differenza delle unità rilevanti convenzionali, non soggette alla prescrizione di partecipazione al servizio di regolazione primaria, determina una riduzione della quota di generazione disponibile a prestare tale servizio. Diretta conseguenza è che la capacità di regolazione sia messa a disposizione da altre forme di generazione. Milano, 27 settembre

14 Compensazione dell effetto della generazione inverter based REGOLAZIONE DELLA FREQUENZA SECONDARIA L aumento dell installato e la variabilità della produzione FER presuppongono la necessità di disporre di altre forme di generazione Milano, 27 settembre

15 Il sostegno della tensione EFFETTI DEL CORTO CIRCUITO SULLA RTN La sostituzione di generatori rotanti con generatori inverter based diminuisce le correnti di cortocircuito (lcc) ed allarga l area di disturbo in tensione CONTROLLO DELLE TENSIONI La graduale diminuzione di macchine rotanti riduce le riserve di reattivo e peggiora i profili di tensione Corrente di corto circuito generatori inverter based 1,1 corrente nominale Corrente di corto circuito generatori sincroni 4 5 corrente nominale Milano, 27 settembre

16 Conclusioni Lo sviluppo delle FER ha cambiato drasticamente il paradigma dell Operation. È necessario introdurre tecnologie in grado di compensare: L estrema variabilità delle fonti La minore disponibilità di alcuni servizi di sistema La differente dinamica di risposta del sistema alle perturbazioni ed eventi critici Un ruolo decisivo è giocato dall Innovazione e dalla Ricerca e Sviluppo: Soluzioni in cui il singolo impianto possa contribuire contemporaneamente ed in modo coordinato a tutte le esigenze del sistema Monitoraggio e controllo dei sistemi sempre più evoluto ed esteso (IoT) Sistemi di supporto decisionale in tempo reale e previsionali Big data systems Milano, 27 settembre

17 Grazie