MICRO e PICCOLA COGENERAZIONE e LA RETE ELETTRICA ovvero INTERAZIONE RETE ELETTRICA E IMPIANTI DI CO-GENERAZIONE Maurizio Delfanti Politecnico di Milano Dipartimento di Energia Pier Franco Lionetto Vicepresidente SC CEI 311 A - Generazione
Parte 1 1 CONNESSIONE ALLA RETE ELETTRICA MT Pier Franco Lionetto
QUALE TIPOLOGIA DI IMPIANTI? IMPIANTI DI CO-GENERAZIONE DI PICCOLA TAGLIA COSA INTENDIAMO PER PICCOLA TAGLIA? DA POCHI kw A QUALCHE MW MICRO E PICCOLA COGENERAZIONE fino a 150 200 kw PICCOLA MEDIA COGENERAZIONE da 200 kw a 3-5 MW
PERCHE' QUESTA DIVISIONE? a) STIAMO PARLANDO DI CO-GENERAZIONE DISTRIBUITA b) NELL'INTERAZIONE FRA IMPIANTO DI CO-GENERAZIONE E RETE ELETTRICA LA TAGLIA DELL'IMPIANTO GIOCA UN RUOLO FONDAMENTALE NELLA SCELTA DEI LIVELLI DI TENSIONE DELLA RETE CUI L'IMPIANTO PUO' ESSERE CONNESSO PIU' GRANDE LA TAGLIA, PIU' ELEVATO IL LIVELLO DI TENSIONE DELLA RETE CUI DOVRA'CONNETTERSI, PIU' COSTOSO E' LO SCHEMA DI CONNESSIONE
LA RETE ELETTRICA G G AAT; AT Rete di trasmissione 380 kv e subtrasmissione 150/132 kv U GD BT MT BT MT
RETE DI TRASMISSIONE O DI TRASPORTO 380 kv RETE DI SUBTRASMISSIONE E DISTRIBUZIONE 150-132 kv RETE DI DISTRIBUZIONE IN MEDIA TENSIONE (MT) 20kV - 15kV RETE DI DISTRIBUZIONE IN BASSA TENSIONE (BT) 400 V 230 V
LA RETE DI TRASMISSIONE A 380 kv HA LO SCOPO DI TRASPORTARE SU LUNGHE DISTANZE L'ENERGIA ELETTRICA DAI CENTRI DI PRODUZIONE AI CENTRI DI CONSUMO LA RETE DI SUBTRASMISSIONE E DISTRIBUZIONE 150 kv-132kv PERMETTE DI DISTRIBUIRE L'ENERGIA NEI CENTRI DI CONSUMO SU DISTANZE PIU' MODESTE E DI FORNIRE POTENZA A UTENZE INDUSTRIALI CON CONSUMI ELEVATI (> 10 MW). CON LA GENERAZIONE DISTRIBUITA (POTENZE DI GENERAZIONE DA 10 A 200 MW) LA RETE HA ASSUNTO ANCHE LA FUNZIONE DI TRASPORTO LA RETE DI DISTRIBUZIONE A MEDIA E BASSA TENSIONE CONSENTE DI DISTRIBUIRE L'ENERGIA ALLE UTENZE CON ASSORBIMENTI DI MEDIE POTENZE (oltre 100kW sino a 10 MW) E ALIMENTA LA RETE DI BT CHE A SUA VOLTA ALIMENTA TUTTE LE UTENZE CIVILI E COMMERCIALI SINO A UN MAX DI 100 kw.
CARATTERISTICA DELLA RETE DI DISTRIBUZIONE A MEDIA E BASSA TENSIONE Le reti di distribuzioni a MT e BT sono progettate e gestite come reti passive ossia reti ove i flussi energetici sono unidirezionali dalla rete di trasmissione ad alta tensione verso quella di media e successivamente a quella di distribuzione a bassa tensione La struttura delle reti MT e BT è di tipo radiale, dimensionata sulla base di ben definiti livelli di corto circuito e di flussi di potenza.
RETI DI DISTRIBUZIONE A MEDIA E BASSA TENSIONE e GENERAZIONE DISTRIBUITA Partendo dalle caratteristiche delle reti di distribuzione così come oggi esistenti la sfida per una larga diffusione della generazione distribuita deve affrontare i seguenti due punti principali: Quantità di DG che può essere connessa alle reti oggi esistenti senza creare condizioni in conflitto in termine di qualità del servizio e affidabilità-sicurezza dell'esercizio e senza mettere in gioco investimenti rilevanti per cambiare la rete Modificare la rete in termini di concezione per trasformarla da rete puramente passiva a rete attiva La terza via è il compromesso fra le due condizioni che permetta il passaggio dall'oggi al domani: la creazione di una rete di. comunicazione che permetta, grazie allo scambio di informazioni fra la DG e e la rete, una reale integrazione della DG nel sistema elettrico = evoluzione verso le SMART GRIDS
IMPATTO DELLA GENERAZIONE DISTRIBUITA SULLA RETE ELETTRICA Tre sono gli elementi più critici 1. Variazioni lente di tensione 2. Limiti di transito per vincoli termici e isola indesiderata 3. Incremento della corrente di cortocircuito
IMPATTO DELLA GENERAZIONE DISTRIBUITA SULLA RETE ELETTRICA Variazioni lente di tensione La presenza di generazione distribuita lungo le linee MT o BT determina un incremento della tensione nel punto ove è connessa e più in generale la variazione del profilo di tensione. La tensione di esercizio di ogni nodo della rete deve essere mantenuta entro +/- 10% della tensione nominale per il 95% del tempo e per il restante 5% è consentito che la tensione scenda all'85%. Per il 100% del tempo non è concesso superi il 110% Vn (Norma EN 50160) La tensione sulla rete MT e BT viene regolata in Cabina Primaria e deve ottemperare alle regole sopra indicate sia per gli utenti vicini che per quelli a fine linea
IMPATTO DELLA GENERAZIONE DISTRIBUITA SULLA RETE ELETTRICA
IMPATTO DELLA GENERAZIONE DISTRIBUITA SULLA RETE ELETTRICA Limiti di transito per vincoli termici La presenza di Generazione distribuita può dare luogo a inversione di flusso di potenza lungo i tratti delle linee BT e MT. In nessun tratto delle linee deve essere superata la portata della linea stessa La possibile condizione di inversione di flusso dalla rete BT verso la MT o addirittura dalla rete MT verso la rete AT implica che la rete di distribuzione è diventata a tutti gli effetti una rete attiva : è necessario allora evitare la condizione di funzionamento in isola di una porzione della rete di distribuzione, ossia di una porzione di rete alimentata dalla generazione distribuita
IMPATTO DELLA GENERAZIONE DISTRIBUITA SULLA RETE ELETTRICA Funzionamento in isola: perché evitarlo? Responsabilità verso gli utenti connessi alla rete in termini di qualità della fornitura Sicurezza nei confronti del personale di manutenzione che intervenendo sulla rete disalimentata dalla cabina primaria può in realtà essere rimasta in tensione perché alimentata dalla generazione distribuita Sicurezza nei confronti del macchinario in caso di richiusura in controfase
IMPATTO DELLA GENERAZIONE DISTRIBUITA SULLA RETE ELETTRICA Incremento della corrente di cortocircuito La presenza della generazione distribuita determina un aumento della corrente di corto circuito che non deve superare i valori di dimensionamento sia delle linee sia delle apparecchiature di manovra e protezione del distributore e degli utenti Sul contributo della corrente di corto circuito sono da prendere in considerazione due casi: Generatori rotanti direttamente connessi alla rete Generatori connessi alla rete tramite un interfaccia costituita da convertitori statici Nel primo caso il contributo è dell'ordine di 5-6 volte la corrente nominale del generatore: va esaminata la situazione specifica della rete ove sono connessi; nel secondo caso il contributo è limitato a 1.2-1.3 volte la corrente nominale del generatore
REGOLE DI CONNESSIONE DEGLI IMPIANTI DI GENERAZIONE ALLA RETE ELETTRICA DI DISTRIBUZIONE IN MT e BT Le regole di connessione non fanno riferimento alla sorgente primaria: generazione, co-generazione hanno da questo punto di vista la stessa valenza Differenziazione solo per prestazioni specifiche la cui risposta può essere influenzata dalla sorgente primaria (eolica, fotovoltaico, ecc). Le regole di connessione si concentrano essenzialmente sugli schemi e sull'interfaccia impianto di generazione rete )
REGOLE DI CONNESSIONE IN MT e BT STABILITE DALL'AUTORITA' PER L'ENERGIA ELETTRICA E IL GAS (AEEG) ATTRAVERSO IL CEI COMITATO ELETTROTECNICO ITALIANO Norma CEI 0-16: Regole tecniche di riferimento per la connessione di utenti attivi e passivi alle reti AT ed MT delle imprese distributrici di energia elettrica Progetto CEI 1058: 2010-06: Regole tecniche di riferimento per la connessione di utenti attivi e passivi alle reti BTdelle imprese distributrici di energia elettrica (attualmente in inchiesta pubblica)
Scopo delle Norme di Connessione Definire prescrizioni atte ad assicurare una corretta integrazione degli impianti di generazione nella rete senza dare luogo a detrimenti della qualità del servizio reso dalla rete a tutti gli utenti e fornire nel contempo un appropriato apporto all'affidabilità dell'intero sistema elettrico nazionale Passo P1: Definizione del livello di tensione della rete di distribuzione al quale l'utente può essere connesso nonché il punto di connessione Passo P2: Schema di inserimento in rete (antenna, entra-esce,ecc) Passo P3: Schema di connessione (sistemi di sbarra, organi di manovra e interruzioni, sistema di protezione) I tre passi sono gli stessi sia per la connessione alla rete MT sia per la connessione alla rete BT
CONNESSIONE ALLA RETE DI DISTRIBUZIONE DI MEDIA TENSIONE Norma CEI 0-160
Passo P1 Definizione del livello di Tensione Criteri per la scelta Taglia dell'impianto Dislocazione carichi circostanti Caratteristiche rete limitrofa Contributo dell'impianto alla corrente di cortocircuito Livelli di disturbo consentiti Esigenze del produttore in merito a continuità e qualità dei sevizio Sviluppo futuro previsto per la rete
Taglia dell'impianto
Passo P2 Schema di inserimento in Rete Criteri per la scelta Taglia dell'impianto Dislocazione dell'impianto rispetto alla rete (vicinanza di linee, cabine primarie e secondarie, ecc.) Esercizio della rete cui l'impianto dovrebbe connetersi Dispositivi di protezione automazione presenti in rete Esigenze del produttore in merito a continuità e qualità dei sevizio Possibilità di ampliamento di cabine primarie e secondarie, ecc.
Schemi di inserimento Inserimento su linee esistenti: - In entra-esce - In derivazione rigida a T Inserimento in antenna su stazioni e cabine primarie esistenti
Schemi di inserimento Inserimento in entra-esce su linee esistenti
Schemi di inserimento Inserimento in derivazione rigida a T su linee esistenti
Schemi di inserimento Inserimento in antenna su cabina primaria AT/MT Inserimento in antenna su cabina Secondaria MT/BT
Passo P3 Schema di connessione Schema di connessione fra la cabina di consegna e impianto del produttore Locale di consegna di responsabilità del distributore Locale Misura Locale Produttore
Schema tipico di connessione di un impianto di Generazione Dispositivo Generale Dispositivo di Interfaccia Dispositivo di generatore
Schema tipico di connessione di un impianto di Generazione Dispositivo generale (DG) il cui scopo è quello di escludere l'intero impianto dalla rete elettrica. Su di esso deve agire il sistema di protezione generale (SPG) Dispositivo di interfaccia (DDI), il cui scopo è quello di assicurare sia la separazione di una porzione di rete del produttore in funzionamento in isola alimentando carichi privilegiati del produttore, sia il il funzionamento dell'impianto in parallelo alla rete. Su di esso deve agire il Sistema di Protezione di interfaccia (SPI) Disposityivo di Generatore (DDG) il cui scopo è di ecludere dalla rete i soli gruppi di generazione, presi singolatrmente. Su di esso deve agire il sitema di protezione del generatore
Prescrizioni per il funzionamento dell'impianto di generazione in parallelo con la rete 1. Il parallelo non deve causare perturbazioni al servizio della rete 2. Il regime di parallelo deve interrompersi immediatamente ed automaticamente in assenza dell'alimentazione della rete o in presenza di valori di tensione e frequenza al di fuori di determinati valori 3. Il parallelo non deve avvenire se i valori di tensione e frequenza della rete sono al di fuori di un determinato campo
Prescrizioni per il funzionamento dell'impianto di generazione in parallelo con la rete Per garantire la separazione dell'impianto di produzione dalla rete nel caso 2 deve essere installato nella rete del produttore un Dispositivo di Interfaccia (DDI) su cui dovrà agire il sistema di protezioni di interfaccia (SPI), con lo scopo di evitare che: L'impianto alimenti la rete in caso di mancanza di alimentazione (isola) L'impianto alimenti il guasto in caso di guasto sulla linea MT In caso di richiusure automatiche di interruttori sulla rete il generatore possa trovarsi in opposizione di fase con possibili danni alla macchina
Sistema di Protezione di Interfaccia (SPI) E' costituito dalle seguenti funzioni di protezione: Massima tensione (senza ritardo intenzionale) Minima tensione (ritardo tipico 300 ms) Massima frequenza (senza ritardo intenzioanle) Minima frequenza (senza ritardo intenzionale) Massima tensione omoploare (ritardata) Protezione contro perdita di rete (eventuale)
Parte 2 2 CONNESSIONE ALLA RETE ELETTRICA BT Maurizio Delfanti