Smart Grids: definizione, applicazione e modelli: l evoluzione del sistema elettrico verso le reti attive Massimo Gallanti RSE
Perché le Smart Grids Gli obiettivi i della politica energetica europea come driver per l evoluzione della rete elettrica verso un nuovo modello: le Smart Grid I nuovi drivers Rilevante integrazione di produzione da fonti rinnovabili, anche sulla rete di distribuzione Efficienza energetica nella generazione e impiego dell energia Nuovi impieghi del vettore elettrico (auto elettrica, pompa di calore) Allargamento del mercato dell energia e dei servizi offerti da generazione e utenza diffusa Maggior coinvolgimento nel mercato dell energia degli utenti finali, anche grazie alla diffusione degli Smart Meters
Smart Grid: la nostra definizione La Smart Grid è una rete elettrica che integra e gestisce in modo efficiente il comportamento e le azioni di tutti gli utenti connessi (generatori, punti di prelievo, e punti con presenza di generazione e prelievo), con l obiettivo di garantire un funzionamento economicamente efficiente del sistema elettrico, con un elevato livello di sicurezza, continutà e qualità della fornitura.
Il perimetro delle Smart Grid e l interesse dell attività del laboratorio EnergyLab Reti di trasmissione Supergrids nuove tecnologie per la trasmissione, reti in corrente continua Reti di distribuzione Reti di distribuzione bt e MT di tipo attivo per nuove tipologie di utenza: Generazione diffusa testo Auto Elettrica Smart Metering e interazione con l utenza flussi di comunicazione testo bidirezionale nuovi servizi per l utenza Contenuto t del Libro Bianco Perimetro Smart Grid
I servizi offerti dalle Smart Grid Perimetro Smart Grid A. Nuove esigenze di connessione C. Sicurezza e qualità della fornitra E. Migliorare le finzionalità del mercato B. Migliorare l esercizio dll della rete D. Nuovi criteri di pianificazione investimenti F. Coinvolgimento dei consumatori Servizi offerti dalla Smart Grid Utenti Operatore Altri di rete di rete attori Interfaccia tra le Smart Grid e altri sistemi intelligenti Infrastrutture per le Smart Grids Dati e applicazioni Sistemi di comunicazione Intelligenza dei componenti Infrastruttura elettrica Servizi: risposte della rete alle esigenze dei soggetti che si interfacciano con essa Fonte: EU Commission Task Force : for Smart Grids
Servizi delle Smart Grid A. Facilitare la connessione alla rete di nuove tipologie di utenza Generazione diffusa di piccola taglia (prevalentemente non programmabile) e grossi impianti di produzione rinnovabile non programmabile Nuove forme di consumo (pompe di calore, auto elettrica) Che cosa serve? Regole tecniche di connessione (CEI 0-16 16, CEI BT) Regolazione incentivante, che eviti fenomeni speculativi Incrementare le informazioni sulla rete e sulle caratteristiche tecniche delle utenze che si connettono Condivisione delle informazioni tra più soggetti 6
Servizi delle Smart Grid A. Facilitare la connessione alla rete di nuovi tipi di utenza Connessione possibilmente in modo plug & play Connessione di nuove tipologie i di consumo (in particolare dei veicoli elettrici). Prosumer Smart Home Active Filter Smart Meter In-house technology Smart Grid Electrical Hybrid Vehicle ~ Dispersed Generation Bidirectional Communication Data management System control Market platform Particolare attenzione alla connessione della GD, che potrà essere gestita dai sistemi di telecontrollo della rete di distribuzione 7
Servizi delle Smart Grid B. Migliorare l esercizio quotidiano della rete Incrementare l automazione della rete di distribuzione Nuove funzioni di localizzazione guasti e successiva riconfigurazione della rete (tenendo conto della presenza di GD nella rete) Riduzione delle perdite, mediante la riconfigurazione della rete e l impiego dei dati dei contatori elettronici Monitoraggio e gestione dei flussi di potenza grazie a un maggior numero di misure e nuove funzionalità degli Energy Management Systems 8
Servizi delle Smart Grid B. Migliorare l esercizio quotidiano della rete Asset management basato su dati di esercizio della rete e dei suoi componenti 9 9
Servizi delle Smart Grid C. Garantire la sicurezza, la continuità e la qualità della fornitura Prevenire il funzionamento in isola indesiderata Prevenire distacchi intempestivi della GD in occasione di malfunzionamenti sulla rete di trasmissione Sostegno della GD al sistema elettrico (servizi ancillari) Protezione anti-islanding con comando centralizzato 10
Servizi delle Smart Grid C. Garantire la sicurezza, la continuità e la qualità della fornitura Regolazione di tensione Gestione della GD e di altre risorse attive della rete, per incrementare la hosting capacity della GD limitando i rinforzi di rete Esempio: controllo centralizzato di tensione in una rete MT Centro State Estimator VC OLTC DDI DDI DDI comm comm comm local local local Gen 1 STORAGE Gen n SCADA DDI DDI DDI comm comm comm local local local Cabina Primaria misure/informazioni comandi/setpoint 11
Servizi delle Smart Grid D. Favorire uno sviluppo efficiente della rete Ottimizzare lo sviluppo della rete, sfruttando le opportunità offerte dalla GD e dalla sua gestione attiva Strumenti ti per la pianificazione ifi i della rete in presenza di Generazione Distribuita Riduzione dell impatto ambientale della rete Ramo di interconnessione 1 Ramo di interconnessione 2 12
Servizi delle Smart Grid E. Migliorare il funzionamento del mercato e il servizio ai clienti Nuovi flussi dati per nuovi servizi (es. aggregatore) Partecipazione della generazione distribuita al mercato dell energia (es. Virtual Power Plant) Una più ampia offerta per i consumatori (energy pricing ii and critical peak pricing) 13
Servizi delle Smart Grid F. Favorire un maggior e più diretto coinvolgimento dei consumatori nell impiego e nella gestione dei propri prelievi Domanda attiva Contatore elettronico di seconda generazioni (comunicazione bidirezionale) Aumentare la consapevolezza degli utenti circa i propri consumi elettrici, grazie e alla disponibilità del contatore elettronico Visualizzazione dei consumi Integrazione tra contatore e sistemi di home & building automation 14
Servizi delle Smart Grid F. Favorire un maggior e più diretto coinvolgimento dei consumatori nell impiego e nella gestione dei propri prelievi Gestione intelligente dei dei consumi dell utente, anche grazie ai segnali di prezzo e segnali di sistema Segnale prezzo RETI INTELLIGENTI FS UE NR ZV I OZ NI Segnale di sistema Generazione Accumuli Carichi Riscaldamento 15
Smart Grid: qual è il fattore abilitante? Le funzionalità della Smart Grid dipendono in modo decisivo dalla flessibilità e interattività degli utenti connessi La rete di distribuzione è smart se gli utenti connessi sono smart (flessibili) 16
Le infrastrutture per le Smart Grid Utenti Operatore Altri di rete di rete attori Infrastrutture per le Smart Grids Interfaccia tra le Smart Grid e altri sistemi intelligenti Dati e applicazioni Sistemi di comunicazione Intelligenza dei componenti : Infrastruttura elettrica Fonte: EU Commission Task Force for Smart Grids 17
Infrastrutture per le Smart Grid Dati e applicazioni Dati tecnici ed economici dei sistemi connessi Sistemi di automazione e controllo Sistemi i di previsione i della generazione da fonti non programmabili e ella domanda Integrazione con mercato energia 18
Infrastrutture per le Smart Grid Sistemi di comunicazione Necessaria una rete di telecomunicazione geografica g che si integra con la rete di potenza, per rendere possibile l interazione con le risorse connesse capillare, poco costosa, sicura, tempi di trasmissione prevedibili Livelli del sistema Attività di comunicazione i Livello applicativo Protocolli di comunicazione Infrastruttura di comunicazione Definizione dei servizi forniti da generatori e carichi anti-islandig, attivazione di servizi ancillari (es. regolazione di tensione, ecc. Protocolli standard: famiglia IEC-61850 Trasmissione su linea elettrica (PLC), rete pubblica, reti wireless (Wi-F, W-Max) 19
Infrastrutture per le Smart Grid Sistemi di comunicazione Sistemi di Misura di seconda generazione con comunicazione bidirezionale Sistemi di comunicazione per Home Area Network 20
Infrastrutture per le Smart Grid Intelligenza dei componenti Elettronica di potenza (es. inverters) Sistemi di protezione e controllo Sensori a basso costo per la misura real time delle grandezze elettriche di rete Sistemi per l immagazzinamento dell energia (batterie) Nuovi materiali (es. superconduttori) 21
Uno sguardo agli sviluppi della rete di trasmissione Aumentare la capacità di trasmissione dell infrastruttura esistente grazie alla gestione real time Monitoraggio e controllo real time Controllo dei flussi di potenza Impiego di nuove tecnologie per la rete di trasmissione (es. HVDC) Migliorare il coordinamento tra Paesi e definire regole per un mercato europeo dell energia meccanismi di bilanciamento cross border e risoluzione delle congestioni Gestione dei nuovi flussi di potenza dovuti alla GD (relazione con rete di distribuzione) Nuovi criteri e metodologie per l esercizio e la pianificazione della rete metodologie di analisi costi-benefici e di valutazione dell impatto di nuove infrastrutture di trasmissione 22
Dalle test facility ai progetti dimostrativi Scopo delle test facility Valutare su tecnologie e funzionalità integrate, su piccola scale e in ambiente protetto in assenza di rischi Provare molteplici casi di funzionamento Scopo dei progetti dimostrativi (demo) Dimostrare in campo la realizzibilità del progetto e i benefici conseguenti Fornire servizi a utenti reali e verificarne la risposta 23
Smart Grid: le test facility Valutare le funzioni e i sistemi di automazione Smart Grid Test Facility 24
Smart Grids: le test facility Valutare le funzioni e i sistemi di automazione fornitore distributore Tariffe Segnali di rete GED Gestore Energia Domestica Simulatore di utente funzioni Rete BT contatore fiscale power meter Comandi su attuatori Sistema monitoraggio & acquisizione dati 25
Smart Grids: simulazione di casi reali Simulazione del controllo centralizzato di tensione su reti MT reali storage feeder 1 sinc wind wind FV feeder 2 wind sinc FV sinc 26
Smart Grids: dimostrazione di funzioni La dimostrazione delle funzioni e dei sistemi di automazione. Protezione anti-islanding con comando centralizzato 2 Comando apertura protezione i/f generatori 3 Messaggio di apertura ai generatori connessi alla linea 1 Rilevazione corto circuito lungo la linea Schema logico Architettura tt di prova 27 27
Standardizzazione e interoperabilità Standardizzazione: indispensabile per connettere in rete le risorse delle Smart Grids la disponibilità di set di standard è la base per l interoperabilità tra le risorse delle smart grid. Interoperabilità: capacità di un sistema di scambiare informazioni o servizi, o parte di essi, con altri sistemi, anche di fornitori non omogenei. L interoperabilità con la presenza di un adeguati applicativi di autoconfigurazione aiuta abilità i plug & play 28
Grazie per l attenzione massimo.gallanti@erse-web.it 29