Le fonti di energia in Sicilia Catania 4 Aprile 2014 Intervento dell Ing. Francesco Pezzella Presidente AEIT Sezione di Catania Problematica della gestione dell energia in Sicilia Aula Magna Palazzo Centrale Università
Cenni su AEIT La "AEIT Associazione Italiana di Elettrotecnica, Elettronica, Automazione, Informatica e Telecomunicazioni" è stata costituita il 1 gennaio 1897 con la denominazione originale di "Associazione Elettrotecnica Italiana" e dal 1 novembre 2013, a seguito di referendum sociale, ha assunto la attuale denominazione. L'AEIT è una associazione culturale ed ha lo scopo di promuovere e favorire: lo studio delle scienze elettriche, elettroniche, dell'automazione, dell'informatica e delle telecomunicazioni; lo sviluppo delle relative tecnologie ed applicazioni nell'accezione più ampia; la crescita culturale e l'aggiornamento professionale dei propri soci negli ambiti indicati. Si possono associare all'aeit persone ed enti interessati alle scienze elettriche, elettroniche, dell'automazione, dell'informatica, delle telecomunicazioni ed alle discipline e tecnologie ad esse collegate. La sede nazionale AEIT è a Milano, Via Mauro Macchi 32. Fin dal 1910 a Catania è attiva una delle 19 Sezioni nazionali che ha competenza nel territorio delle province di Catania, Enna, Messina, Ragusa, Siracusa. La Sezione ha la sedece presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Elettronica e Informatica dell Università di Catania, Viale A. Doria, 6 CATANIA Tel. 095 7382337; Fax. 095 330793; Cell. 328 6299765 (Segretario) E mail: aeit@diees.unict.it; Internet: http//www.aeit.diees.unict.it
Sommario L energia elettrica ed il sistema elettrico Riepilogo storico della produzione in Italia Profili carico massimo Scambi con l estero Il bilancio elettrico in Italia ed in Sicilia dal 2008 al 2013 Scenario energetico mondiale Penetrazione delle FENP nel 2013 in Italia ed in Sicilia Il prezzo dell energia in funzione delle Zone Dalla rete passiva alla rete attiva I problemi di gestione della rete in Sicilia Gli sviluppi futuri della rete in Sicilia
L energia elettrica 1. L energia elettrica come la conosciamo non esiste in natura e quindi è necessario produrla. 2. Dopo averla prodotta bisogna trasportarla nelle aree in cui serve. 3. Quindi occorre distribuirla nei luoghi di utilizzazione, similmente a quanto avviene per le merci. Tutto ciò è possibile per il tramite di un sistema elettrico che ovviamente interessa l intero Paese
Il sistema elettrico Il sistema elettrico nazionale è articolato in tre fasi: produzione, trasmissione e distribuzione di energia elettrica. Produrre energia vuol dire trasformare in elettricità l energia posseduta da fonti primarie. Questa trasformazione avviene nelle centrali elettriche. Trasmettere energia vuol dire trasferire l energia prodotta dai centri di produzione alle zone di consumo. Perché ciò avvenga occorrono linee, stazioni elettriche e di trasformazione, cioè gli elementi che compongono la Rete di Trasmissione, un insieme di oltre 63.500 km di linee possedute e gestite da Terna. Terna gestisce la rete di trasmissione nazionale e i flussi di energia elettrica attraverso il dispacciamento, bilanciando, cioè, l offerta e la domanda di energia 365 giorni l anno, 24 ore al giorno. La gestione in tempo reale del nostro sistema elettrico, interconnesso con quello europeo, viene svolta attraverso un sistema di controllo altamente tecnologico, che fa capo al Centro nazionale di controllo in un bunker dell energia con oltre 100 schermi di controllo e un wallscreen di 40 metri quadrati, per monitorare tutte le linee AAT, tra cui 9 interconnessioni con l estero, 3 cavi sottomarini e 281 linee nazionali a 380 kv. Distribuire è l ultima fase che conclude la filiera del sistema elettrico, cioè la consegna di elettricità, soprattutto in media e bassa tensione, agli soggetti utilizzatori. 40.000 circo terra
Centro di controllo Il sistema elettrico nazionale è articolato in tre fasi: produzione, trasmissione e distribuzione di energia elettrica. Produrre energia vuol dire trasformare in elettricità l energia posseduta da fonti primarie. Questa trasformazione avviene nelle centrali elettriche. Trasmettere energia vuol dire trasferire l energia prodotta dai centri di produzione alle zone di consumo. Perché ciò avvenga occorrono linee, stazioni elettriche e di trasformazione, cioè gli elementi che compongono la Rete di Trasmissione, un insieme di oltre 63.500 km di linee possedute e gestite da Terna. Terna gestisce la rete di trasmissione nazionale e i flussi di energia elettrica attraverso il dispacciamento, bilanciando, cioè, l offerta e la domanda di energia 365 giorni l anno, 24 ore al giorno. La gestione in tempo reale del nostro sistema elettrico, interconnesso con quello europeo, viene svolta attraverso un sistema di controllo altamente tecnologico, che fa capo al Centro nazionale di controllo in un bunker dell energia con oltre 100 schermi di controllo e un wallscreen di 40 metri quadrati, per monitorare tutte le linee AAT, tra cui 9 interconnessioni con l estero, 3 cavi sottomarini e 281 linee nazionali a 380 kv. Distribuire è l ultima fase che conclude la filiera del sistema elettrico, cioè la consegna di elettricità, soprattutto in media e bassa tensione, agli soggetti utilizzatori.
Sommario L energia elettrica ed il sistema elettrico Riepilogo storico della produzione in Italia Profili carico massimo Scambi con l estero Il bilancio elettrico in Italia ed in Sicilia dal 2008 al 2013 Scenario energetico mondiale Penetrazione delle FENP nel 2013 in Italia ed in Sicilia Il prezzo dell energia in funzione delle Zone Dalla rete passiva alla rete attiva I problemi di gestione della rete in Sicilia Gli sviluppi futuri della rete in Sicilia
Riepilogo storico produzione energia (Italia 1900 2011) crisi rinnovabile chernobyl nucleare termo el. guerra
Riepilogo storico variazione % fonti (Italia 1900 2011) Scambio con l estero TWh Periodo del nucleare italiano
Carico massimo sulla rete(italia 1990 2012) Fino al 2005, la punta massima annuale in Italia si è manifestata in periodo invernale. Il 2006 segna una novità, in quanto per la prima volta in Italia si registra il superamento della punta estiva rispetto a quella invernale. In particolare nel 2012 Il picco estivo, pari a 54.113 MW, è stato raggiunto, il giorno 10 Luglio (valore inferiore del 4,2% rispetto a Luglio 2011); il picco invernale, pari a 53.035 MW, è stato registrato, invece, il giorno 15 Febbraio 2012. MW Max ~ 56.700 5 4 1 5 1 3 3 0 3 5
Curva cronologica delle potenze orarie (Italia GEN OTT 2013) 54 GW 19 GW
% di durata del carico rispetto al massimo annuale (anno 2011) La Figura a lato mostra la curva monotona decrescente di durata del carico 2011 sulla rete italiana, basata sulla rilevazione oraria della potenza richiesta dal carico, espressa in percentuale rispetto al massimo carico annuo, di cui alla slide precedente. Si osserva che nel 2011, la domanda ha superato il 50% del carico massimo per circa il 90% delle ore dell anno Per circa 7.890 su 8.766 ore teoriche annuali, il carico è stato sempre superiore a MW 28.000
Domanda elettrica nazionale il giorno 24 Febbraio 2014 Vai al sito
Saldo movimenti di energia in Italia 2013 (provvisori) Linee di interconnessione con l estero: 1 Francia 5 Svizzera 1 Austria 1 Slovenia 1 Grecia (cavo sottomarino) 2 Corsica (cavo sottomarino) Produzione interna 277 TWh Importazione 42,7 TWh Esportazione 0,7 TWh Pompaggi 2,0 TWh Saldo 317 TWh
Potenza Curva cronologica scambio con l estero (Italia Gen Ott 2013) Import Export
Movimenti fisici di energia elettrica con l estero (1963 2010) TWh
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ITALIA parco produzione energia elettrica (2010 2013) 116.844 MW (+21%) 96.372 MW 60% fossile fossile 68% rinnovabile 32% 40% rinnovabile
ITALIA Potenza (MW) max e min richiesta (2008 2013) 60.000 55.292 51.873 56.426 56.474 54.113 53.942 1.350 MW 2,44 % 50.000 40.000 30.000 20.000 20.053 18.819 20.762 21.511 20.975 19.464 589 MW 2,94 % 10.000 2008 2009 2010 2011 2012 2013 MAX 55.292 51.873 56.426 56.474 54.113 53.942 min 20.053 18.819 20.762 21.511 20.975 19.464
ITALIA Bilancio elettrico Dati in miliardi di kwh 317,89 Confronto 2013 vs 2008 18% 57,67 277,38 ( 12,74%) 34% 94,85 (+64,47%) 82% 66% 182,53 ( 29,86%) 2008 2013
ITALIA Bilancio mensile (andamento 2014 vs. 2013) 1.135 1.036 4,1% 4,0%
tra parentesi dati 2012 ITALIA Bilancio 2013
ITALIA Composizione % offerta di energia elettrica 2013 56,4% 16,7% 13,9% 87,0%
SICILIA parco di produzione energia elettrica 2005 2013 9.390 MW (+50%) 6.283 MW 40% rinnovabile rinnovabile 10% fossile 90% 60% fossile
SICILIA Potenza (MW) max e min richiesta (2008 2013) 4.000 3.500 3.346 3.310 3.456 3.364 3.345 3.192 154 MW 4,60 % 3.000 2.500 2.000 1.500 1.000 1.192 1.222 1.237 1.136 1.270 1.312 + 120 MW + 10,07 % 500 2008 2009 2010 2011 2012 2013 MAX 3.346 3.310 3.456 3.364 3.345 3.192 min 1.192 1.222 1.237 1.136 1.270 1.312
SICILIA Bilancio elettrico Dati in miliardi di kwh Confronto 2013 vs 2008 8% 25,17 2,10 23,15 ( 12,74%) 15% 3,18 (+51,43%) 92% 85% 17,88 ( 25,96%) 2008 2013 IT 18% 82% IT 34% 66%
SICILIA Bilancio 2013 Produzione termoelettrica 23,15 TWh Scambio regionale 1,63 TWh (~7%) Pompaggi 0,41 TWh (~2%) Fabbisogno Sicilia 21,12 TWh (~91%)
SICILIA Composizione % offerta di energia elettrica 2013 Pompaggi 2% Scambio regionale 7% Fabbisogno 91% Produzione Siciliana (23,15 Twh)
3500,00 SICILIA Produzione 1997 2012 esplosione della generazione FER Produzione netta da Eolico [GWh] 3000,00 2500,00 2000,00 1500,00 1000,00 500,00 0,00 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 1600,00 1400,00 1200,00 1000,00 800,00 600,00 400,00 200,00 0,00 Produzione netta da Fotovoltaico [GWh] 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012
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Produzione mondiale di energia elettrica nel mondo Prezzi, tecnologia e scelte politiche sono alla base dei cambiamenti nel mix di combustibili. Il gas continua a sostituire l olio combustibile La dinamica dello spostamento di una sorgente con un altra è molto bassa. Dopo 80 anni, olio combustibile e carbone si equivalgono Per le energie rinnovabili: trasmissione e distribuzione, nonché sistemi di controllo, devono essere riorganizzati per consentire di utilizzare un'elevata quantità di fonti non programmabili
Trend energetico globale Popolazione Energia primaria PIL Nel 2030: 8,3 mld di persone (+1,3 mld) 2.1% p.a 1.3% p.a 1.6% p.a Source: BP2013 ENERGY OUTLOOK 2030 Crescita della popolazione e del reddito sono i fattori chiave che stanno dietro la notevole domanda di energia. [OECD=america, europa, giappone, australia]
Industrializzazione e crescente domanda di potenza Regioni Uso primario Combustibile ~ 60% ~ 40% Miliardi di TEP Source: BP2013 ENERGY OUTLOOK 2030 [OECD=america, europa, giappone, australia]
Evoluzione potenza eolica installata nel mondo 2000 2012 (GW) 300 3 x 105 GW Font: http://www.gwec.net/ 2502.5 200 2 1501.5 MEA China Americas APAC Europe 100 1 500.5 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Year Total [GW] 18 24 31 39 48 59 74 94 121 160 198 238 283 Europe [%] 73.44 71.08 74.65 73.09 72.89 69.36 65.63 61.00 54.71 48.16 43.86 40.71 38.77 Rate [%] 34.81 28.24 26.13 21.18 24.19 25.52 26.69 28.73 31.64 23.98 20.51 18.79 La potenza eolica annuale installata è prima per capacità fino al 2012
Evoluzione potenza fotovoltaica installata nel mondo 2000 2012 10010 GW 12012 x 104 ROW MEA China Americas APAC Europe Font: «Global Market Outlook for photovoltaic until 2012», EPIA 80 8 60 6 40 4 20 2 0 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 Year Total [GW] 1 2 2 3 4 5 7 10 16 24 41 71 102 Europe [%] 9.21 14.84 17.71 21.21 33.01 42.67 47.24 55.77 67.90 71.38 74.93 74.42 68.56 Rate [%] 26.14 26.61 26.12 40.18 35.69 29.47 37.09 70.45 45.46 72.28 74.73 43.76 Dal 2012, il fotovoltaico supera la capacità d installazione annuale rispetto all eolico
Potenza eolica e fotovoltaica globale annuale installata 45 40 35 PV Wind +17% -25% 30 P [GW] 25 20 15 10 5 0 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 Year Nel 2013 il fotovoltaico continua a crescere mentre l eolico diminuisce
Grafico del prezzo di vendita dei moduli fotovoltaici Prezzo di vendita medio del modulo ($/Wp) in funzione dei moduli venduti nel corso del tempo (in MWp ). Si constata che in scala log log il grafico diventa pressoché lineare e rivela che, per ogni raddoppio nelle spedizioni cumulative di moduli FV, il prezzo medio si riduce di circa il 20 %.
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In Italia e sostanzialmente in Europa la Sicilia più conveniente
Sicilia: baciati dal sole
Sicilia: baciati dal sole Germania centrale
Mappa europea potenza FV installata (MW) Segnala ENTSO (european network of transmission system operators for electricity ): Germania e Italia non possono garantire la corretta risposta di GD ai transitori di frequenza 2011 2012 Anno Cumulato Anno Cumulato W/abitante GERMANY 7485 24678 7604 32411 398 ITALY 9454 12923 3438 16361 273 SPAIN 472 4889 276 5166 110
Sicilia: accarezzati dal vento Curva caratteristica teorica di una turbina eolica Velocità cut in 3,5 m/s (12,5 km/h) Velocità pot. lin. 3,5 14 m/s (12,5 50,4 km/h) Velocità nominale 14 25 m/s (50,4 km/h 90 km/h) Velocità cut out > 25 m/s (90 km/h) (per velocità maggior si possono verificare rotture meccaniche)
ITALIA Potenza installata Fotovoltaico ed Eolico (dati GIU 2013) Eolico MW 8.361 N 1.128 Fotovoltaico MW 17.481 N 473.446
SICILIA Potenza installata Fotovoltaico ed Eolico (dati GIU 2013) MW 1.752 MW 1.275 Eolico MW 1.752 N 92 Fotovoltaico MW 1.275 > N 32.000 Da DIC 2011 a GIU 2013 Potenza Eolico crescita ~ 4% Potenza FV crescita ~ 50%
Punta max (MW) produzione FER (fotovoltaico ed eolico) immessa in rete Fra 14 Marzo e 24 Giugno 2013 Fabbisogno 30.120 MW P_max non contemporanea 17.318 MW 57% del Fabbisogno di potenza 38% 38% 118% 47% 161% 73%
SICILIA centrali tradizionali di grossa taglia
SICILIA parco di produzione energia elettrica 2005 Termoelettrica MW 5.630 89,6% Idroelettrica MW 152 2,4% Idroelettrica pompaggio MW 500 8,0% Fotovoltaico MW 0,1 0,0% Eolico MW 0,1 0,0% Bioenergia MW 0,1 0,0% 10,4% TOTALE MW 6.283 100%
SICILIA parco di produzione energia elettrica 2013 Termoelettrica MW 5.630 60,0% Idroelettrica MW 152 1,6% Idroelettrica pompaggio MW 500 5,3% Fotovoltaico MW 1.275 13,6% Eolico MW 1.752 18,6% Bioenergia MW 81 0,9% 40% TOTALE MW 9.390 100%
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Le fasce orarie dei prezzi dell energia Tre fasce orarie F1 punta F2 F3 non punta
La bolletta del 2 trim 2014 Composizione percentuale della spesa per l'energia elettrica per l'utente tipo domestico in maggior tutela In ordine di incidenza sulla bolletta sono: incentivi alle fonti rinnovabili e assimilate (componente A3) promozione dell'efficienza energetica (componente UC7) oneri per la messa in sicurezza del nucleare e compensazioni territoriali (componenti A2 e MCT). regimi tariffari speciali per la società Ferrovie dello Stato (componente A4) compensazioni per le imprese elettriche minori (componente UC4) sostegno alla ricerca di sistema (componente A5), copertura del bonus elettrico (componente As), copertura delle agevolazioni per le imprese a forte consumo di energia elettrica (componente Ae) Il denaro raccolto per queste componenti viene trasferito alla Cassa conguaglio per il settore elettrico in un apposi L'accisa si applica alla quantità di energia consumata indipendentemente dal contratto o dal venditore scelto. I clienti domestici con consumi fino a 1800 kwh godono di un'agevolazione per la fornitura nell'abitazione di residenza anagrafica a riduzione di questa imposta. L'IVA si applica sul costo totale della bolletta (servizi di vendita+servizi di rete+accise). Attualmente l'iva per i clienti domestici è pari al 10%; per i clienti con "usi diversi" è pari al 21%. attività di trasporto dell'energia elettrica sulle reti di trasmissione nazionali, di distribuzione locale la gestione del contatore. Per i servizi di rete non si paga un prezzo (come per l'energia) ma una tariffa fissata dall'autorità
Assetto zonale e vincoli del Mercato del Giorno Prima (MGP) Nel mercato dell energia elettrica una zona geografica o virtuale è una porzione di rete rilevante in cui l equilibrio tra domanda e offerta viene determinato tenendo conto, ai fini della sicurezza, dei limiti fisici di scambio dell energia con altre zone geografiche confinanti. L assetto delle zone è in vigore dal 1/1/2012. In ogni zona si stabilisce il prezzo medio dell energia
I prezzi dell energia ( /MWh) F1 + 30% rispe o Zona Nord F1 + 105% rispe o Polo Brindisi
Andamento Prezzo Unico Nazionale (PUC) 4,5 c /kwh 10 c /kwh /MWh 6,5 c /kwh Il PUC è il prezzo in acquisto dell energia elettrica che si forma nel mercato elettrico italiano ogni giorno dell anno come stabilito ai sensi dell art. 30, comma 4, lettera c) della Delibera dell AEEG n. 11/06 del 13 Giugno 2006
Il 1 Maggio 2013 alle 14:00 si azzera il prezzo dell energia
Sommario L energia elettrica ed il sistema elettrico Riepilogo storico della produzione in Italia Profili carico massimo Scambi con l estero Il bilancio elettrico in Italia ed in Sicilia dal 2008 al 2013 Scenario energetico mondiale Penetrazione delle FENP nel 2013 in Italia ed in Sicilia Il prezzo dell energia in funzione delle Zone Dalla rete passiva alla rete attiva I problemi di gestione della rete in Sicilia Gli sviluppi futuri della rete in Sicilia
Modello rete con generazione concentrata La produzione di energia elettrica in un sistema tradizionale vede la presenza di un numero limitato di centrali che concentrano la produzione elettrica in un numero ridotti di siti di grande potenza (normalmente megacentrali a combustibili fossili e nucleari dove esistono). Sistema congeniale al monopolio statale dell energia elettrica L elettricità prodotta viene immessa nella Rete Trasporto Nazionale costituita da linee e stazioni ad Altissima ed Alta tensione. Quindi, dopo la trasformazione nelle C.P., viene immessa nella Rete di Distribuzione costituita da linee e cabine a Media e Bassa Tensione, che arriva fino alle nostre abitazioni, industrie, città. Tale infrastruttura, presenta una certa rigidità ma nel contempo consente un dispacciamento di energia ben individuabile e facilmente gestibile. Infatti il flusso di elettricità viaggia in maniera unidirezionale, dal luogo di produzione a quello di consumo e, conosciuti i carichi richiesti dalla rete, la gestione è relativamente semplice.
Rete con generazione concentrata Centrale elettrica Industrie energivore PMI Abitazioni e Terziario I problemi di gestione di una rete passiva sono in sostanza quelli puramente termici delle linee ed impianti
Rete con generazione diffusa Nel 1992 fu avviato un percorso di liberalizzazioni, che ha portato a un superamento del monopolio statale dell energia elettrica Il singolo cittadino ha la possibilità di diventare un produttore di energia. È nato il mercato elettrico, in cui si concretizza l incontro fra la domanda e l offerta, si individuano le zone di medesimo prezzo garantendo un assegnato livello di sicurezza al funzionamento del sistema elettrico. Questi vincoli sono piuttosto lontani da quelli puramente termici delle linee di trasmissione e distribuzione secondo il superato criterio di conduzione della rete puramente passiva. Con lo sviluppo delle nuove forme di produzione di energia, ovvero le fonti rinnovabili, avviene la transizione da un sistema centralizzato ad uno decentralizzato, caratterizzato da un numero elevato di piccoli impianti situati in luoghi anche sperduti. L energia prodotta da queste fonti deve essere collegata alla rete di distribuzione più vicina, ma le attuali reti sono state concepite e progettate per un servizio di tipo passivo, vale a dire, con il solo scopo di trasportare l elettricità in modo unidirezionale dalle grandi centrali verso gli utenti finali.
Centrale nucleare termoelettrica Modello rete con generazione diffusa
Modello rete con generazione diffusa
I principali problemi sono: I problemi di una rete con generazione diffusa L immissione di generazione distribuita comporta un incremento dei livelli di corrente di cortocircuito e la perdita di selettività delle protezioni in corrispondenza a guasti sulla rete, cosicché i dispositivi e le modalità di protezione adottati finora non sono più del tutto validi e devono essere modificati. Nelle reti passive esiste una modalità di regolazione della tensione che riesce a calibrare entro limiti stabiliti i profili di tensione dalla partenza all arrivo delle linee. Nel momento in cui si connette alla rete un generatore disperso nel territorio, questi profili vengono modificati e la tensione non è più controllabile. Occorrono perciò nuove strategie di controllo. Gli impianti da fonte rinnovabile sono considerati sorgenti intermittenti di elettricità: ad essi viene attribuita la capacità di fornire un flusso di energia nel tempo, ma non la capacità di garantire nello stesso tempo un qualche livello di potenza costante. Il sistema di controllo della rete vede il contributo intermittente di tali impianti come un disturbo del livello di potenza con cui sta fronteggiando il carico e quindi interviene per compensare le oscillazioni. Da ciò si evince chiaramente come la rete elettrica sia il vero collo di bottiglia del sistema elettrico, ostacolando il pieno sviluppo delle fonti alternative
I vantaggi della rete con generazione diffusa La generazione distribuita rappresenta una diversa modalità di pensare e gestire la rete elettrica, basata sempre sulle tradizionali grandi centrali ma integrate da nuove unità produttive (campi eolici, fotovoltaici, centrale a biomassa etc.) di piccole-medie dimensioni, distribuite omogeneamente sul territorio e collegate direttamente alle utenze o comunque a reti a media o bassa tensione. Riduzione perdite Uno dei maggiori vantaggi della generazione distribuita consiste nella minore lunghezza della rete elettrica fra produttore e consumatore. Tale vicinanza degli impianti di produzione dell energia ai punti di consumo finale consente un minore trasporto dell energia elettrica e una minore dispersione nella rete distributiva. Nelle reti passive fra 8% e 10% dell energia prodotta si perde nella rete di trasmissione e distribuzione. Soccorso da altre fonti di energia periferica Nel progressivo sviluppo della generazione distribuita e con l adeguamento delle reti che diventeranno «smart grid» ovvero reti intelligenti, si potrà ipotizzare con l ausilio dei sistemi informatici on-line una gestione ottimale che consenta anche di aumentare l affidabilità della rete, poiché il fermo di un impianto non comporta l interruzione della fornitura, ma viene compensato dalla presenza delle altre centrali. Questo aspetto è particolarmente importante per gli impianti a fonti rinnovabili, che per la maggior parte erogano energia in maniera discontinua.
La rete intelligente Smart grid per gestire i flussi discontinui La rete elettrica, all interno di questo nuovo scenario, cambia completamente ruolo e funzioni. E infatti destinata gradualmente a trasformarsi da rete passiva, in cui l elettricità semplicemente scorre dal luogo di produzione a quello di consumo, a rete attiva e intelligente (smart grid), capace di gestire e regolare più flussi elettrici che viaggiano in maniera discontinua e bidirezionale. Con la progressiva diffusione dei piccoli impianti a fonti rinnovabili, i luoghi di produzione e di consumo dell energia elettrica tendono non solo ad avvicinarsi, ma spesso a coincidere. Inoltre, i flussi energetici provenienti da impianti a fonti rinnovabili, come il fotovoltaico e l eolico, dipendono da fattori meteorologici non prevedibili. Questo significa che tensione e frequenza dell elettricità variano continuamente, sottoponendo le attuali reti a livelli elevati di stress (caso black out in Germania per immissione in rete di troppa energia eolica). I detrattori delle energie rinnovabili e della generazione distribuita utilizzano spesso l argomento in base al quale la rete elettrica nazionale non sarebbe in grado di gestire un sistema complesso di flussi elettrici, provenienti da una molteplicità di impianti a fonti rinnovabili funzionanti in maniera discontinua. Naturalmente questa considerazione è vera solo se rapportata alla rete elettrica attuale e alle sue rigidità strutturali. Occorre attivare gradualmente una nuova intelligenza di rete, realizzabile con le attuali tecnologie soprattutto legate ai sistemi di comunicazione/informazione on-line propri di INTERNET
Sommario L energia elettrica ed il sistema elettrico Riepilogo storico della produzione in Italia Profili carico massimo Scambi con l estero Il bilancio elettrico in Italia ed in Sicilia dal 2008 al 2013 Scenario energetico mondiale Penetrazione delle FENP nel 2013 in Italia ed in Sicilia Il prezzo dell energia in funzione delle Zone Dalla rete passiva alla rete attiva I problemi di gestione della rete in Sicilia Gli sviluppi futuri della rete in Sicilia
Principali criticità sul sistema elettrico siciliano (rete AAT e AT)
Alcune criticità sulla gestione della rete da parte di TERNA Rete AT EOL e FV Domanda e scambi Over Generation e Mercato Non più un sistema di gestione costruito prevalentemente per una rete passiva, ma un sistema in cui gli impianti, tutti, contribuiscano alla gestione efficace, efficiente e sicura del sistema elettrico nazionale (sviluppo infrastrutturale delle reti)
Criticità di gestione della rete Consistente percentuale di FRNP rispetto ai sistemi di generazione programmabili Caratteristiche reti ad alta tensione ancora strutturate sostanzialmente per rete passiva Riduzione richiesta carico degli utilizzatori e incremento di produzione FRNP con conseguente problemi di bilanciamento surplus di produzione soprattutto nelle ore di minimo carico Fonti Rinnovabili Non Programmabili non adeguatamente monitorate in tempo reale e difficile previsione sul medio termine (dipende dal tempo) Sottostimata previsione da FRNP offerta sul Mercato del Giorno Prima (MGP) a prezzo nullo Ridotta capacità di regolazione (in Sicilia solo Anapo) Livello di liberazione dei sistemi di alimentazione nazionali e le regole di dispacciamento condizionate dal mercato
Criticità di gestione della rete L area Centro Sud del Paese e le Isole (in particolare la Sicilia) si confermano le zone più critiche dal punto di vista della maggiore onerosità dei servizi di dispacciamento a causa del notevole incremento della generazione distribuita. L aumento della potenza installata di eolico e fotovoltaico ha un impatto rilevante non solo sulla rete di distribuzione MT e BT, ma anche su estese porzioni della rete di trasmissione che vengono sovraccaricate da energia di risalita con conseguente congestione locale che si verifica soprattutto nei periodi di elevata produzione e basso fabbisogno locale. Sono insorti seri problemi per mantenimento dell equilibrio tra produzione, carico e scambi, nonché criticità in termini di riserva di regolazione e rischi per la sicurezza e integrità del sistema. Ciò è accentuato dalla riduzione dell inerzia del sistema. La generazione tradizionale infatti si basa sull utilizzo di macchine rotanti (alternatori) che presentano una propria inerzia e contribuiscono a quella totale del sistema elettrico. La generazione eolica e fotovoltaica invece no (inverter).
Criticità di gestione della rete L inserimento sul sistema elettrico di ingente capacità di generazione da FRNP determina, in particolar modo in giornate di bassissimo carico, forti criticità di esercizio a livello di gestione del sistema nel suo complesso. In tali circostanze, infatti, la minore presenza di unità di produzione regolanti (es. termoelettriche), escluse dal mercato dalla presenza della generazione rinnovabile con priorità di dispacciamento, può portare a non avere disponibile il numero minimo di impianti necessari per la fornitura di tutti i servizi di rete indispensabili ad una gestione in sicurezza del sistema elettrico nazionale. Il problema diviene ulteriormente critico qualora condizioni di elevata ventosità si sommino a condizioni di elevata produzione fotovoltaica e di ridotto fabbisogno. Infatti la produzione termoelettrica minima in grado di fornire i servizi di regolazione necessari sul sistema si somma alla elevata produzione rinnovabile determinando un surplus di generazione nazionale che non è possibile bilanciare rispetto al fabbisogno in potenza se non modulando lo scambio di energia con nazioni/regioni collegate.
Criticità di gestione della rete Infine l immissione in rete di grandi quantità di produzione da fonte solare, impone di fronteggiare rapide prese di carico serali, assai più accentuate che nel passato, dato che la riduzione di produzione solare si somma alla normale crescita dei consumi che precede la punta di fabbisogno serale. Ne consegue la necessità di una maggiore riserva secondaria e di riserva pronta in particolare nei giorni con basso fabbisogno. In tali condizioni, infatti, il bilanciamento in tempo reale richiede la necessità di azioni rapide realizzate su impianti programmabili con elevate capacità di modulazione, rapidi tempi di risposta e minori vincoli di permanenza in servizio. A causa della crescente penetrazione di nuovi impianti alimentati a fonte rinnovabile nel Sud, si determinano fenomeni di trasporto sulla rete di sub trasmissione che, in assenza dei rinforzi di rete programmati, e al fine di garantire adeguati margini di sicurezza per il corretto esercizio del sistema elettrico, impongono la necessità di riduzione delle immissioni FER.
Criticità di gestione della rete L analisi di adeguatezza ex ante del sistema elettrico evidenzia come l ingente produzione degli impianti fotovoltaici possa determinare, soprattutto nelle giornate di basso carico (vedi figura), la necessità di far fronte, al fine di garantire la riserva minima regolante dei gruppi termoelettrici, alla massimizzazione dell uso degli impianti di pompaggio disponibili, alla riduzione dell import e all applicazione della procedura per la riduzione delle FRNP. pompaggio Produzione da pompaggio
Come detto, spesso gli impianti FER sono concentrati in aree con basso fabbisogno, il che determina in particolari periodi, una risalita verso le reti AT dell energia prodotta. Per dare una quantificazione del fenomeno descritto, sulla rete di Enel Distribuzione è stata riscontrata nell anno 2012 l inversione del flusso di energia per almeno l 1% e il 5% del tempo in un totale rispettivamente di 791 (poco meno di ¼ del totale delle Cabine Primarie AT/MT di Enel Distribuzione esistenti in Italia [3.200] e 580 cabine primarie, in aumento rispetto agli anni 2010 e 2011) Risalita verso la rete AT
Il Caso Sicilia 2011 Nel mese di Maggio 2011, in Sicilia, il guasto di un unità a vapore connessa alla rete 220 kv che al momento dell evento produceva circa 150 MW, ha provocato una riduzione della frequenza fino al valore di 49,7 Hz causando la disconnessione di circa 210 MW di produzione fotovoltaica diffusa connessa alla rete MT e BT di Enel Distribuzione e determinando l innesco della procedura di distacco automatico di alcuni carichi della zona (vedi grafico a lato). 49,7%
Rimedi coordinamento sistema di protezione Nel corso dell anno 2011 Terna ha segnalato all AEEG le criticità riscontrate nell esercizio del sistema elettrico nazionale derivanti dall incremento della generazione distribuita nonché tutte le attività poste in essere al fine di garantire la sicurezza della rete. In particolare, l Autorità con la deliberazione 84/12/R/eel Interventi urgenti relativi agli impianti di produzione di energia elettrica, con particolare riferimento alla generazione distribuita, per garantire la sicurezza del sistema elettrico nazionale, ha approvato i nuovi allegati al Codice di Rete: Allegato A68 recante Impianti di produzione fotovoltaici. Requisiti minimi per la connessione e l esercizio in parallelo con la rete AT ; Allegato A69 recante Criteri di connessione degli impianti di produzione al sistema di difesa di Terna ; Allegato A70 recante Regolazione tecnica dei requisiti di sistema della generazione distribuita.
Coordinamento sistema di protezione Attraverso l Allegato A70 vengono introdotti i requisiti minimi che devono essere soddisfatti dagli impianti della generazione distribuita ai fini della sicurezza del sistema elettrico, in termini di: campi di funzionamento in tensione e frequenza; protezioni; comportamenti nei transitori di frequenza e tensioni; controllo della generazione distribuita. L intervallo di funzionamento della generazione distribuita [47,5 Hz f 51,5 Hz, 85% Vn V 110% Vn] deve essere tale da gestire il sistema elettrico in emergenza, consentendo a tali impianti di fornire il loro contributo alla stabilità della frequenza e della tensione. Le protezioni degli impianti devono essere tali da rendere selettivo il loro intervento tra guasti locali e guasti di sistema.
Coordinamento sistema di protezione Per il controllo dei transitori di frequenza, si richiede: la capacità di ridurre la potenza immessa in rete per variazioni di frequenza superiori a 50,3 Hz; l inserimento graduale della potenza immessa in rete in modo da minimizzare gli effetti sul sistema in caso di ripresa del servizio; l avviamento con l aumento graduale della potenza immessa in rete. Per il controllo dei transitori di tensione, si richiede: di garantire la connessione degli impianti anche in caso di abbassamenti repentini della tensione conseguenti ad un qualsiasi cortocircuito esterno sin quando non intervengono le protezioni per l eliminazione del guasto. La delibera AEEG prevede l adeguamento temporale in funzione della potenza
ITALIA: Gli impianti di Enel Distribuzione (valori di massima)
SICILIA: Gli impianti di Enel Distribuzione (valori di massima) 35.000 km 35.100 130 70.000 km N.D. 10.000 3.000.000
Enel Distribuzione: sperimentazione nuovi criteri di esercizio ll Progetto ScheMa di Enel D si propone di sperimentare l esercizio di porzioni di rete MT in assetto magliato, utilizzando un sistema di controllo e di ricerca del guasto innovativo, attraverso l uso di opportuni sensori e rilevatori di guasto da installare presso i nodi principali della rete e la posa lungo la linea a Media Tensione di fibra ottica per la trasmissione dei dati. La rete MT oggetto della sperimentazione sarà composta da un lobo afferente ad una stessa semisbarra di cabina primaria. Nel progetto si prevede di modificare l esercizio della rete con l utilizzo di: a) una configurazione magliata (in anello) della rete MT di distribuzione; b) un sistema di protezione evoluto basato sulla logica MCD (mutuo consenso direzionale). Tutto ciò consente di ridurre le repentine variazioni di carico per guasti e quindi una maggiore affidabilità e qualità di servizio, come rappresentato successivamente.
Enel Distribuzione: sperimentazione nuovi criteri di esercizio Di seguito è riportato graficamente un confronto tra l attuale metodo di automazione per la selezione del guasto e l innovativo metodo. ATTUALE FUTURO
Sommario L energia elettrica ed il sistema elettrico Riepilogo storico della produzione in Italia Profili carico massimo Scambi con l estero Il bilancio elettrico in Italia ed in Sicilia dal 2008 al 2013 Scenario energetico mondiale Penetrazione delle FENP nel 2013 in Italia ed in Sicilia Il prezzo dell energia in funzione delle Zone Dalla rete passiva alla rete attiva I problemi di gestione della rete in Sicilia Gli sviluppi futuri della rete in Sicilia
TERNA collegamento record (cavo sottomarino in c.a. più lungo al mondo 38 km) Elettrodotto 380 kv Sorgente Rizziconi in D.T. di circa km.100 fra la Sicilia ed il Continente
Futuro Africa In costruzione Ragusa Malta
La Sicilia 20.03.2014
GRAZIE PER LA VOSTRA ATTENZIONE Francesco Pezzella