Integrazione del concetto Smart Grid. G. Gianolli, 8 marzo 2012 V1.0

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1 Integrazione del concetto Smart Grid G. Gianolli, 8 marzo 2012 V1.0

2 agenda Presentazione di chi vi parla Impostazione del problema Situazione in essere Nuove esigenze Evoluzioni necessarie Distributori: precursori del mondo smart Smart Grid Connessioni logiche Lo standard di comunicazione di rete odierno: TCP/IP Connessioni fisiche Excursus: Progetto SUPSI swiss2grid

3 Chi vi parla, in breve Gabriele Gianolli Formazione: fisico ETH, 1983 Principali attività svolte: dal luglio 2010: direttore presso le Aziende Industriali di Mendrisio dal novembre 2005 a giugno 2010: senior IT Architect di Infrastruttura presso IBM Svizzera da marzo 1987 a ottobre 2005: Analista di sistemi e di reti in seguito responsabile dei team dell infrastruttura IT della banca ABN diventata in seguito ABN AMRO Bank Svizzera Da novembre 1983 a febbraio 1987: Analista di sistemi presso il Centro Cantonale di Informatica (odierno CSI) attualmente: rappresentante di enertì SA nel direttorio dell Associazione Smart Grid Schweiz (VSGS) costituitasi nell agosto 2011

4 Il problema: situazione in essere I Dal 2009 la fattura del distributore di elettricità è più trasparente ed è suddivisa in molteplici componenti, tipicamente: Il transito di rete (che può includere un abbonamento base e la punta di potenza, a dipendenza della categoria tariffaria) Il consumo dell energia Balzelli federali: RIC, SDL, Contributo per le vie per i pesci Balzelli cantonali: tassa d uso suolo pubblico (per ora fino a fine 2013) Dal 2009 esiste una nuova categoria di clienti cosiddetti eleggibili ad andare sul libero mercato per l acquisto dell energia (componente di fatturazione segnata in rosso; si tratta di utenti il cui consumo annuo è superiore a kwh). Per tali utenti vi è necessità di fatturazione (e quindi di lettura contatori!) a scadenza mensile. Questi clienti sono di regola da sensibili a molto sensibili sui loro consumi di corrente. Da qui la necessità di introdurre la misura del loro profilo giornaliero di consumo (di energia e di potenza misurate tipicamente ogni quarto d ora) e di mettere direttamente a loro disposizione su un sito web questi dati in tempo reale.

5 Il problema: situazione in essere II Per i clienti eleggibili, che sono tipicamente in numero molto ridotto rispetto al totale dei clienti (esempio AIM: 120 su ) le Aziende distributrici hanno generalmente già adottato (in proprio o in collaborazione con altre aziende o in outsourcing) tecnologie di misura a distanza (telelettura) perlopiù utilizzando tecnologia GSM per quanto attiene alla rete di comunicazione. Le reti di distribuzione sono e permangono dei monopoli locali appartenenti alla locale Azienda di distribuzione (la LA-LAEl cantonale descrive questi comprensori aziendali). Essa è anche responsabile per mettere a disposizione del cliente determinati elementi della misura dei suoi consumi. In caso di uscita di un cliente eleggibile dal cosiddetto Servizio Universale le Aziende permangono responsabili di far conoscere al nuovo partner per la fornitura del energia elettrica i dati di consumo del cliente

6 Il problema: nuove esigenze I Una ulteriore tappa di liberalizzazione del mercato dell energia elettrica è prevista a livello dell Ufficio federale dell Energia tra qualche anno (2015,2016?) A quel momento tutta l utenza elettrica sarà eleggibile per andare sul libero mercato Nel frattempo la maggiore sensibilizzazione della popolazione al risparmio energetico ed all utilizzo razionale dell energia sta diventando realtà (il risparmio energetico è uno dei 4 pilastri della politica energetica della Confederazione). I più visionari parlano di obiettivo società a Watt, che vuol dire per persona l utilizzo di una quantità massima di energia all anno pari ad una potenza in banda continua per 365 giorni di 2 kwh cioè kwh tutto incluso (tutti i vettori energetici inclusi quali ad esempio elettricità, gas, gasolio, benzina, solare termico, geotermia, biomassa, ).

7 Il problema: nuove esigenze II L ottimizzazione dei costi elettrici comunque passa anche dal contenimento fino alla possibile eliminazione dei picchi di consumo giornaliero, nell ottica di non sempre dover potenziare le reti per poter contenere picchi di potenza sempre più alti. Di conseguenza in ambito elettrico diventano sempre più attuali concetti di tipo Smart Xxxx (Xxxx sta per: Metering, Grid, Home, ) per dare al cliente quegli strumenti necessari a contenere ed appiattire il più possibile il suo profilo di consumo sull arco delle 24 ore. Questo approccio deve pure tener conto di produzioni locali di energia elettrica (fotovoltaico) e eventuale mezzi locali di stoccaggio dell energia (ad esempio batterie di auto elettriche). Summa Summarum: un intelligenza locale (smart home) che, partendo da dati di misura dei consumi elettrici (Smart Metering), ottimizzi in tempo reale l uso ed i consumi dei vari apparecchi che saranno stati messi in rete localmente (Smart Grid) con le eventuali produzioni locali e le potenzialità locali di stoccaggio energetico come pure con la disponibilità e la tariffa dell energia proveniente dal distributore (magari definita in futuro a livello orario) diventerà sempre più realtà.

8 Il problema: nuove esigenze III pour fixer les idées: Smart Metering: la capacità di misurare a distanza i consumi ed i profili locali di potenza ed energia di ogni utenza e la messa a disposizione di questi dati in tempo reale all utente finale e/o ad una sua applicazione che gestisce periferiche locali (quali lavatrice, bollitore, produzione PV, batterie, termopompa, ecc ) Smart Grid: la rete di comunicazione che rende possibile il dialogo tra tutte le fonti locali di consumo, produzione e stoccaggio di energia inclusi i sistemi di gestione dei dati forniti dagli strumenti di misura del distributore Smart Home: le case intelligenti che sfruttano lo smart grid per posizionare nei giusti periodi della giornata i consumi elettrici degli apparecchi presenti partendo dalle informazioni di profilo fornite dallo smart metering e tenendo conto di produzioni e capacità di stoccaggio locali nonché dell eventuale prezzo variabile dell energia fornita dalla rete.

9 Il problema: evoluzioni necessarie Apparecchi elettrici domestici Devono poter essere operati a distanza via rete dati Smart Metering Profilo di energia e di potenza disponibile al quarto d ora e integrabile tramite interfaccia dati in sistemi intelligenti di Smart Home Smart Home Sistemi intelligenti di gestione dinamica del consumo elettrico devono essere approntati Smart Grid Alla base di tutto stanno reti di dati che collegano ogni utenza ai sistemi di Smart Metering del distributore che siano affidabili al 100%

10 Distributori: precursori del mondo smart Segnali unidirezionali centro -> periferia (broadcasting mode) Tramite ricettori istallati presso ogni cliente eleggibile vengono pilotati a distanza l accensione e lo spegnimento di apparecchi particolari quali boiler elettrici, riscaldamenti elettrici ad accumulazione, lavatrici, ecc. Per questi apparecchi si sfruttano i periodi sull arco delle 24 ore dove il profilo di potenza è tipicamente più basso Di notte di regola la potenza assorbita dagli utenti è ai livelli più bassi; per questo si è introdotta la bassa tariffa notturna In atto da parecchi decenni, usato anche per pilotare accensione, spegnimento e regolazione degli impianti di Luce Pubblica

11 Smart Grid: connessioni logiche I Dai contatori dell elettricità locali alla sede del Distributore telelettura consumo, profilo potenza e energia gestione Telecomando centrale in forma di peer-to-peer (acceso/spento/orario) diagnostica remota dei contatori Presso il cliente tra contatori di diverse utility contatori elettricità, Gas, Acqua potabile, Teleriscaldamento uno dei contatori fa da gateway verso la sede del Distributore Presso il cliente tra i vari apparecchi locali/produzione di energia/stoccaggio energetico collegamenti locali orientati in ambito Smart Home collegamento con applicazioni di Smart Metering

12 Smart Grid: connessioni logiche II

13 TCP/IP, ovvero lo standard mondiale della comunicazione dati Collega già milioni di computer nel mondo di Internet È diventato il protocollo di comunicazione per eccellenza, verso cui tutti i costruttori di sistemi e di reti sono confluiti Garantisce i più alti standard di sicurezza (le banche ne fanno largo uso). Nel mondo dell Elettricità: IEC61850, SCADA e altre applicazioni/nodi del Leitsystem per centro comando e regolazione stanno convergendo su TCP/IP

14 Smart Grid: connessioni fisiche I Dai contatori dell elettricità alla sede del Distributore Radio Internet/VPN gsm/gprs plc FTTH Combinazione di connessioni diverse Presso il cliente tra contatori di diverse utility M-BUS wireless M-BUS in cavo WiFi, Ethernet LAN Presso il cliente tra i vari apparecchi locali/produzione di energia/stoccaggio energetico WiFi, Ethernet LAN

15 Smart Grid: connessioni fisiche II

16 Progetto SUPSI s2g in AIM: situazione attuale Produzione centralizzata in grandi impianti Regolazione elettromeccanica della rete Flusso di energia in direzione del consumatore Tariffe semplici Consumatore passivo

17 Progetto SUPSI s2g in AIM: situazione futura I Produzione decentralizzata Gestione centralizzata della rete Infrastruttura di comunicazione Regolazione elettronica della rete Flusso di energia in direzione del consumatore Tariffe articolate Riduzione dei picchi Consumatore attivo

18 Progetto SUPSI s2g in AIM: situazione futura II Produzione decentralizzata Gestione centralizzata della rete Infrastruttura di comunicazione Regolazione digitale della rete Flusso di energia in direzione del consumatore Tariffe articolate Riduzione dei picchi Consumatore attivo

19 Progetto SUPSI s2g in AIM: concetto 20 case a Mendrisio dispositivi intelligenti per la regolazione di: produzione decentralizzata stoccaggio distribuzione consumo valutazione impatto su scala nazionale

20 Progetto SUPSI s2g in AIM Slides tratte dalla presentazione alla stampa del progetto swiss2grid del 20 settembre 2010 Per ulteriori informazioni rivolgersi a Dr. Roman Rudel, SUPSI/ISAAC, capoprogetto swiss2grid roman.rudel@supsi.ch

21 Integrazione del concetto Smart Grid Grazie per l attenzione!