Le attività di RSE sulle Smart Grids nella ricerca per il sistema elettrico Massimo Gallanti Direttore Dipartimento Sviluppo del Sistema Elettrico SMART GRIDS: rivoluzione nella distribuzione dell energia elettrica Catania, 9 Novembre 2010 www.gsel.it
ERSE: la ricerca del sistema elettrico RSE (Ricerca sul Sistema Elettrico S.p.A.) svolge attività di ricerca nel settore elettro-energetico, con particolare riferimento ai progetti di ricerca di interesse pubblico generale, finanziati i con il Fondo per la Ricerca di Sistema. Approccio applicativo e sperimentale Attività ità orientate t al sistema Oggi RSE è partecipata totalmente da GSE RSE, che ha ereditato le risorse della Ricerca ENEL, dispone di un patrimonio unico di risorse umane, esperienze e innovazione, essenziali per la continuità ed il rilancio dell innovazione in questo settore di rilievo per il paese
Le attività di RSE sulle Smart Grid e sulle Generazione Distribuita Attività iniziata nei primi anni 2000, quando ancora non si parlava di Smart Grids Attività inizialmente focalizzata sulla Generazione di piccola taglia e sulla sua integrazione nella rete di distribuzione Messa a punto della test facility per la Generazione Distribuita, sulla quale sperimentare: Diverse tecnologie di generazione L interazione dei generatori con la rete di distribuzione Tecnologie di generazione e di controllo Partecipazione ai primi progetti europei sulla Generazione Distribuita (progetto Dispower) 3
La test facility di Generazione Distribuita 125 kwe + 100 kwe MCFC + MT SUPERCONDUCTOR CURRENT LIMITER VLA BATTERIES 23kV Line 800 kva TRASFORMER SWITCHING & CONNECTION BOARD 400V Line Supervision & Data acquisition System PV BATTERIES LOADS DC NETWORK 10 kwe 10 kwe 100 kwe 64 kwe 90 kwth LAN, Wireless, Powerline INVERTER 93 kwe 69 kvar 150 kvar PV 10 kw EURODISH BIOMASS O.R.C. 8 kw 14 kwe 8 kw TURBINE 3 kwe DIESEL SIMULATED WIND TURBINE DOMOTICAL HOUSE PV P.E.M. 45 kwe REDOX BATTERY FLYWHEEL ZEBRA BATTERIES 100 kwe 160 kwth 100 kwfr MICROTURBINE 100 kwe VRLA BATTERY BANK PROG LOAD (350 kw E 250 kw TH )
Il progetto reti attive di ERSE nella Ricerca di Sistema Studio di metodologie, tecnologie e strumenti per trasformare l odierna rete di distribuzione in una rete attiva Analisi del problema e definizione delle metodologie sulla base delle conoscenze del sistema elettrico nazionale Sperimentazioni sulla Test Facility c/o ERSE Studi di sistema Es. valutazione della quantità di GD che può essere connessa all attuale rete Tecnologie di supporto per reti attive Es. sistemi di comunicazione, algoritmi di controllo della rete, contatori elettronici di nuova generazione Generatori e di dispositivi di accumulo Es. FV innovativo, micro-cogeneratori, accumulo elettrico e di idrogeno 5
Le collaborazioni nazionali e internazionali Collaborazioni con diversi istituti universitari Politecnico di Milano, Università di Cagliari, Università di Padova Progetti europei su reti attive e auto elettrica OPEN meter [FP 7] Open Public Extended Network metering GRID4EU [FP 7] - Large-Scale Demonstration of Advanced Smart Grids solutions with wide Replication and Scalability Potential for Europe DERLAB [FP6] - Network of DER Laboratories and Pre-Standardisation DERRI [FP7] - Distributed Energy Resources Research Infrastructure SEESGEN-ICT [FP7] Supporting energy efficiency in smart generation grids through ICT Green emotion [FP7 MOVE] Green emotion: Development and demonstration of a unique and user-friendly framework for green electromobility in Europe 6
Le collaborazioni nazionali e internazionali Coinvolgimento dei membri del laboratorio nelle iniziative UE a supporto del SET Plan Smart Grids Technology Platform EEGI (European Electricity Grid Initiative) EERA (European Energy Reseach Alliance). Smart Grid Joint Programme. Co-Coordinatori del programma insieme a ENEA Supporto a MSE nella partecipazione in ISGAN (International Smart Grid Action Network) 7
Perché le Smart Grids? 8
I limiti della rete di distribuzione odierna Rete di distribuzione passiva : il gestore di rete non controlla i generatori e i carichi connessi alla rete di distribuzione (approccio fit&forget) La GD non sostiene il sistema elettrico in occasione di importanti disservizi: I generatori si disconnettono dalla rete al verificarsi di disturbi sulla rete di trasmissione Possibili effetti negativi della GD sulla qualità del servizio erogato dalla rete ai clienti Qualità della tensione Contatori che non comunicano con l utente Utente scarsamente consapevole dei propri consumi 9
La trasformazione della rete di distribuzione Le spinte verso il cambiamento dell attuale rete di distribuzione: Penetrazione crescente della Generazione Distribuita (GD), sospinta dalle politiche di sostegno alle fonti rinnovabili Già nel 2008, più di 6600 MW in esercizio, per una produzione di 21 TWh Partecipazione dei consumatori nel mercato dell energia energia. Fornire ai clienti segnali di prezzo, grazie all impiego dei misuratori elettronici Misura multioraria dell energia Nuovi impieghi dell energia, che potrebbero modificare i profili di prelievo Climatizzazione (raffrescamento e riscaldamento) mediante pompe di calore elettriche 10 Mobilità elettrica (auto elettrica)
Verso una rete di distribuzione attiva Il Gestore della rete può controllare generatori e carichi flessibili, per garantire sicurezza e qualità della fornitura: La GD deve rimanere connessa in presenza di disturbi non localizzati nella rete di distribuzione Dispacciamento della potenza attiva e reattiva dei generatori, per incrementare la quantità di GD installabile alla rete Gli utenti ti ricevono dalla rete segnali di prezzo e possono così ottimizzare i propri prelievi Prezzi che riflettono il costo dell energia energia Gli utenti possono mettere a disposizione servizi alla rete Es. interrompibilità diffusa, bilanciamento del sistema elettrico, profili di scambio prevedibili 11
Alcuni risultati delle attività recenti di RSE
Impatto della Generazione diffusa sulle reti di distribuzione Determinazione della Hosting Capacity: alore massimo di generazione installabile sui nodi di una rete di distribuzione MT senza violare i limiti tecnici (attività svolta con Politecnico di Milano Risultati riportati nell allegato 2 della Delibera 25/09)
Hosting g capacity della rete di distribuzione bt Studio sulla quantità massima di GD installabile sull attuale rete di distribuzione bt nel rispetto dei vincoli di tensione (sui nodi) e di corrente (sulle linee) Limiti dipendenti dalla caratteristica della rete Per superare questi limiti senza realizzare nuove linee è necessario passare alla gestione attiva della rete 14
Il sistema di comunicazione per le Smart Grids Rete di telecomunicazione 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 di comunicazione Attività ERSE Livello applicativo Definizione i i dei servizi i forniti da generatori e carichi Protocolli di comunicazione Protocolli standard: famiglia IEC-61850 Infrastruttura di comunicazione Trasmissione su linea elettrica (PLC), rete pubblica, reti wireless 15
La gestione della protezione anti islanding mediante telecontrollo Obiettivo: evitare distacchi intempestivi dei generatori dalla rete, comandando da remoto l apertura della protezioni di interfaccia solo quando ciò è necessario Comando apertura protezione i/f generatori Messaggio di apertura ai generatori connessi alla linea Rilevazione corto circuito lungo la linea Schema logico Architettura tt di prova 16
Telecontrollo per apertura protezione di interfaccia: risultati delle prove Tempistiche realtive ai tempi di remotizzazione I/O digitale 150 140 130 tunnel 1 - avg 83.98 tunnel 2 - avg 75.37 tunnel 3 - avg 68.06 120 Tempo [ms] 110 100 90 80 70 60 50 00.00 01.00 02.00 03.00 04.00 05.00 06.00 07.00 08.00 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 Orario [mm.ss] Tempi di latenza complessivi misurati sui tre tunnel VPN utilizzando hw embedded Contributi al tempo di latenza complessivo delle diverse fasi di trasmissione del messaggio Tempi di comunicazione ampiamente al di sotto dei limiti! 17
Il controllo di tensione tramite dispacciamento generatori Obiettivo Sviluppo di nuove tecniche di controllo e gestione della rete di distribuzione finalizzate a massimizzare la penetrazione di GD ( hosting capacity ) Si prevedono due modalità di controllo Controllo diffuso (locale) Controllo centralizzato
Architettura dell algoritmo del controllo di tensione di centralizzato State Estimator Centro VC OLTC comm DDI DDI DDI comm comm local local local Gen 1 STORAGE Gen n SCADA comm DDI DDI DDI comm comm local local local Cabina Primaria misure/informazioni comandi/setpoint Protocolli e descrizioni standard IEC 61850 CIM
Rete test storage feeder 1 sinc wind wind FV feeder 2 wind sinc FV sinc
Situazione iniziale in assenza di controllo nella rete test si osservano sovratensioni 23.0 Ore 15 - baseline 22.5 22.0 V [kv] 21.5 possibile distacco GD! 21.0 Linea 2-12-15-18 20.5 20.0 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 15 16 17 18 nodo GD7 GD2 GD8 storage GD1 wind sinc wind sinc feeder 1
Risultato ottimizzazione 24 Ore 15 - confronto 23 baseline controllo 22 21 V [kv] 20-2.1 MVAR -0.2 MVAR ok! OLTC 19 18 17 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 15 16 17 18 n nodo GD7 GD2 GD8 storage GD1 H15_N12_Storage H15_N18_GD1 H15_N8_GD2 [MW/MVAR] [MW/MVAR] [MW/MVAR] Baseline OPF Baseline OPF Baseline OPF -2.0 / 0-2.0 / -0.2 4.94 / 0 4.94 /0 2.87 / 2.1 2.87 / 0 L algoritmo ha calcolato una soluzione adeguata, cambiando Q (costo basso) anziché P (costo elevato) delle risorse controllabili (storage e GD2)
Grazie per l attenzione massimo.gallanti@erse-web.it