Reti intelligenti e risorse distribuite: il futuro SMART delle nostre città Diego Rios Penaloza Dipartimento di Ingegneria dell Energia Elettrica e dell Informazione (DEI) Università di Bologna
La città intelligente
Città intelligenti Una città intelligente (smart city) è un luogo nel quale i servizi e le reti tradizionali sono gestite in modo efficiente sfruttando l utilizzo di tecnologie dell informazione e della comunicazione (Information and Communications Technology, ICT).
Città intelligenti Cosa vuol dire gestione efficiente? L efficienza energetica fa riferimento alla capacità di un sistema di sfruttare l energia fornita ad esso.
Impianti di cogenerazione: un esempio di miglioramento dell efficienza energetica
Città intelligenti
Città intelligenti
Città intelligenti
Sistema elettrico
Missione del Sistema elettrico Soddisfare 365 giorni l anno 24 ore su 24 la domanda di energia elettrica di: 700 clienti AT (20%) 100.000 clienti MT (35%) 35.000.000 clienti BT (20% domestici, 25% altri usi) Produzione >560.000 Trasmissione = 1 Distribuzione = 144 Venditori > 380
Il sistema elettrico tradizionale
Da reti di ditribuzione passive a reti attive Transmissione Con Generazione Distribuita Sub-transmissione Distribuzione (MT) Distribuzione (BT) Flussi bidirezionali Tra infrastrutture della trasmisione alla distribuzione
SMART GRID
Cos è la smart grid? 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, consumatori e coloro che sono entrambi), con l obiettivo di garantire un funzionamento economica- mente efficiente del sistema elettrico, con un elevato livello di sicurezza, continuità del servizio e qualità della fornitura.
Sistema elettrico tradizionale
Sistema elettrico moderno, verso la smart grid Generazione Distribuita Sistemi di accumulo
Perché deve essere smart? Inversione di flussi di potenza Limiti di transito Alterazione profili di tensione sulle linee Malfunzionamento protezioni Impiego di fonti rinnovabili Gestione ancora più intelligente del sistema, e ampio uso di ICT Necessità di sorgenti di accumulo Uso di convertitori (e non generatori sincroni) e quindi perdita di inerzia e di stabilità Armoniche di tensione e corrente Reti con caratteristiche di self-healing Tecniche per la riconfigurazione della rete e per la diffusione e sviluppo di micro reti autonome Supporto alla diffusione della mobilità elettrica Network capacity occorre verificarla VE come potenziali generatori
Requisiti tecnologici di una smart grid - ICT: Integrare e collegare informaticamente i componenti del sistema di potenza (TSO, DSO, generatori, consumatori e prosumatori) - Tecnologie di automazione, controllo e misura. - Sistemi di accumulo e generazione distribuita
Alterazione dei profili di tensione HV network CP CUB1 00 CUB2 1,15 1,10 01 04 1,05 Scenario 5 linea 1 Scenario 5 linea 2 1,00 Limite sup Limite inf 08 0,95 10 0,90 Linea 2 Porzione di rete passiva Linea 1 Porzione di rete con GD 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
La composizione del fabbisogno di energia elettrica in Italia al 2005
La composizione del fabbisogno di energia elettrica in Italia al 2017
Produzione di energia elettrica in Italia dal 2000 in poi
Produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili in Italia dal 2000 in poi
Il sistema elettrico ad oggi HVDC Links RES (> 10MW) 400 V 230 V MICROGRIDS GENERAZIONE DISTRIBUITA
Connessione alla rete Valori indicativi di potenza che è possibile connettere sui diversi livelli di tensione della rete di distribuzione
FONTI RINNOVABILI E GENERAZIONE DISTRIBUITA
Impianti idroelettrici
Impianti idroelettrici
Impianti fotovoltaici
Impianti fotovoltaici
Impianti eolici
Impianti eolici
Impianti geotermoelettrici
Impianti geotermoelettrici
SISTEMI DI ACCUMULO
Importanza dell accumulo Massimizzare la produzione di energia elettrica da fonti rinnovabili.
Importanza dell accumulo Minimizzare le perdite riducendo i flussi di potenza nelle reti di distribuzione e favorendo il consumo di energia nei punti più vicini a dove essa è prodotta.
Importanza dell accumulo
Sistemi di accumulo: Batterie
Sistemi di accumulo: Idropompaggio
Sistemi di accumulo: Veicoli elettrici
Qual era la missione del Sistema elettrico? Soddisfare 365 giorni l anno 24 ore su 24 la domanda di energia elettrica. Garantire la stabilità della rete e la qualità e continuità della fornitura di energia elettrica
MICROGRID
Struttura della rete di distribuzione moderna con GD e sistemi di accumulo
Cos è una Microgrid La microgrid è un insieme di fonti energetiche distribuite, accumulo e carichi controllabili, che normalmente opera connesso alla rete elettrica, ma che può essere disconnesso e funzionare autonomamente.
Sistemi di gestione
Sistemi di gestione
Sistemi di gestione
Conclusioni Le fonti rinnovabili costituiscono una sfida per il corretto funzionamento della rete elettrica, che necessita conseguentemente di una crescente diffusone di ICT I problemi tecnici da risolvere per la rete sono tuttora numerosi: - natura aleatoria delle fonti di energia rinnovabile - la loro connessione alla rete - la prevista diffusione della mobilità elettrica - il necessario adeguamento tecnico degli impianti Sistemi ibridi (fonte tradizionale, rinnovabile ed accumulo) rappresentano una soluzione promettente per la transizione Le smart grids sono ritenute uno dei principali enablers per le smart cities
Gruppo di Ricerca LISEP Laboratorio di Ingegneria dei Sistemi Elettrici di Potenza Carlo Alberto Nucci Full Professor carloalberto.nucci@unibo.it Alberto Borghetti Full Professor alberto.borghetti@unibo.it Fabio Napolitano Researcher (Assistant Professor) fabio.napolitano@unibo.it Fabio Tossani PhD fabio.tossani@unibo.it Studenti PhD James Amankwah Adu jamesamankwah.adu@unibo.it Camillo Orozco camilo.orozco2@unibo.it Diego Rios Penaloza juan.riospenaloza3@unibo.it Giorgia Pulazza giorgia.pulazza3@unibo.it Dino Zanobetti Emeritus Professor dino.zanobetti@unibo.it
Diego Rios Penaloza Dipartimento di Ingegneria dell Energia Elettrica e dell Informazione (DEI) Università di Bologna www.unibo.it