Il progetto ADDRESS. Intervento di Paola Petroni. Sintesi

Il progetto ADDRESS Intervento di Paola Petroni Sintesi

Il Progetto ADDRESS Sintesi degli interventi Tavolo degli Esperti del Laboratorio Smart Grid Giovedì 13 Ottobre 2011 Università Politecnico di Milano - Campus Bovisa Sala 009 Dipartimento di energia Via Lambruschini, 4 Milano 2

Sintesi degli Indice Paola PETRONI Enel Distribuzione SpA p. 3 3

Paola PETRONI Enel Distribuzione SpA Il progetto ADDRESS si propone di studiare la partecipazione attiva dei consumatori nel nuovo scenario delle reti modificate ed intelligenti. Tale tema, ancora oggi poco trattato, sta acquistando sempre più interesse ed in particolare, in quest ultimo anno, ha visto nascere nuove iniziative. È un progetto di stampo europeo che coinvolge 25 partner provenienti da 11 Paesi diversi ed è coordinato da ENEL. Proposto nel 2007 e partito nel 2008, ADDRESS è un piano di lavoro di grandi dimensioni con una valenza proiettata nel futuro. Ognuno degli 11 Paesi coinvolti porta il proprio contributo specialistico per dare una reale rappresentanza dell Europa. Si sono ottenute conclusioni di carattere generale, tenendo conto delle diverse realtà climatiche, geografiche e culturali. Nel Progetto, oltre alle utility, è presente una rappresentanza importante di università sia italiane che europee, di istituti di ricerca e di partner industriali che si occupano di comunicazioni e appliance. Oggi, al quarto anno di progetto, si sono conseguiti risultati ed è stato avviato un fill test per approvare quello che si è studiato e vederne i risultati sul campo. Figura 1. A European Project 4

Il paradigma del progetto ADDRESS si occupa di clienti residenziali o di piccoli esercizi commerciali, cioè di consumatori connessi alla rete di bassa tensione. Il Progetto riguarda le abitudini dei cittadini europei e ha l obiettivo di stabilire la domanda attiva e la partecipazione al sistema energetico studiando come possono cambiare il consumo e la flessibilità dell utente. Il consumo di questo tipo di clienti può essere reso più flessibile sia dal punto di vista del tempo che della quantità, cioè consumando meno o in momenti diversi, controllando e gestendo gli apparati che abbiamo in casa (per esempio, lavatrice, lavapiatti, air conditioning, riscaldamento elettrico, dell acqua o domestico). Un consumatore fornisce limitata capacità di flessibilità e deve sapere se vale la pena farlo. Attraverso un coordinamento e una tecnologia appropriati, si può offrire una flessibilità complessiva interessante per il sistema elettrico e per gli attori dello stesso. Per coordinazione si intende l utilizzo di un aggregatore capace di raccogliere la flessibilità di tanti clienti e di renderla interessante per le proposte del mercato elettrico. Dal punto di vista tecnologico, esiste l Energy box, un sistema di gestione dei consumi domestici che, collegandosi agli elettrodomestici, coordina l uso dell elettricità della casa, gestendo in modo friendly la flessibilità per il consumatore. In altre parole, non è il consumatore finale che fisicamente coordina l esercizio dell elettricità, ma può delegare questo compito a un energy management system. Il Progetto riguarda la possibilità di coordinare gli apparati domestici della generazione attuale anche con quelli della generazione precedente attraverso l utilizzo di plug intelligenti. Figura 2: Active demand, the ADDRESS Vision 5

L aggregatore La catena principale del valore di ADDRESS vede al centro il direttore d orchestra, ovvero gli aggregatori, e ai lati i consumatori che possono fornire domanda attiva e flessibilità. L aggregatore, grazie a tale flessibilità, è in grado di offrire dei servizi al sistema elettrico e, dunque, si aspetta un beneficio economico, ovvero un pagamento per tali servizi offerti. A sua volta, incentiva i consumatori e li coinvolge in una partecipazione attiva. Gli aggregatori: propongono servizi al sistema elettrico; attendono benefici economici; incentivano consumatori a rendersi disponibili ed attivi a nuove proposte. Figura 3: The ADDRESS Chain In Italia la figura dell aggregatore non esiste e all inizio di questo Progetto mancava anche in Europa. Era presente solo negli Stati Uniti con EnerNOC e limitatamente in Australia. Negli ultimi anni ci sono stati sviluppi in questo campo, così si possono trovare tracce di aggregatori anche in Francia con Voltalis, in Germania con Entelios e in Inghilterra con Kiwi. Questo sviluppo, dunque, è prova che quanto studiato da ADDRESS sta diventando sempre più un rilevante ambito per fare business. La funzione dell aggregatore è quella di conoscere i propri clienti facendo previsioni sulla loro risposta e flessibilità. 6

Figura 4: The Aggregation Function Per aggregator toolbox si intendono dei sistemi ICT complessi, basati sull utilizzo di un database interno, intreccio di interazioni con l esterno e impiego di strategie. Più precisamente l aggregatore deve essere in grado di: gestire portafogli contratti, facendo previsioni sulla risposta e flessibilità dei clienti e regolando la capacità di offerta in termini di adattabilità o risposta a richieste dell aggregatore; capacità di forecast dei prezzi del mercato gestendo il proprio business in modo profittevole, amministrando i rischi legati alle incertezze del mercato e in risposta del consumatore; programmare l uso dell active demand del portafoglio sulla base di quanto previsto; avere un business positivo: poter guadagnare in modo profittevole dalle proposte che offre. Più conosce i clienti e più l aggregatore sarà in grado di fare un functioning sia del forecast che della sua possibilità di fare mercato. L aggregatore, per poter prevedere i consumi e la flessibilità del proprio portafoglio clienti deve segmentare per categorie i consumatori. Ciò significa saperli dividere in gruppi in base a consumi, comportamenti e flessibilità in cui operano. In questo modo l aggregatore è in grado di ottenere cluster di clienti. 7

Figura 5: The Consumption and Flexibility Forecasting (2) Il forecast consumi è costituito in base a cluster o a tipologia di clienti e deve essere in grado di prevedere la reazione di questi cluster in base ad una richiesta di flessibilità. Inoltre, deve sapere presumere le curve di risposta a seconda di come reagiscono i consumatori ricevendo dei segnali di volume-prezzo e supporre qual è la price-sensitivity. L aggregatore, dunque, deve crescere in base all esperienza ottenuta per potere essere sempre più efficace nel proporsi al mercato. Figura 6: The Consumption and Flexibility Forecasting (3) 8

Gli output di questa previsione di consumi e flessibilità si basano sul modo in cui si comporta il consumatore o i cluster di consumatori per conoscere il loro carico di base. In ADDRESS si sono definiti dei profili tipici per ogni cluster, per esempio in base al tipo di giorno (quindi feriale o festivo, stagionale). Tutto questo per avere una conoscenza dettagliata e un database dei propri clienti. Lo scopo è, inoltre, quello di riuscire a prevedere la risposta del cliente dopo che questi possiede una Energy box capace di ricevere segnali di prezzi e volume. Figura 7: Toolbox optimization model (1) Il cervello dell aggregatore è il modello di ottimizzazione. In base alla conoscenza acquisita, al database ed ai forecast fatti, si determinano le offerte da sottoporre al mercato. L aggregatore necessita quindi di algoritmi sofisticati per interagire e per creare un business positivo. Figura 8: Toolbox optimization model (2) 9

Il consumatore finale Il core è l Energy Box, un apparato intelligente che riceve diversi input. Questi input possono essere: previsioni del tempo, dati di consumo, interfaccia con i contatori e i segnali dell aggregatore. l Energy Box Deve sapere tenere conto delle preferenze del consumatore finale. Ciò significa che il consumatore può decidere di escluderlo nelle giornate in cui non vuole essere disturbato, perché deve essere libero di definire le proprie preferenze in base alle abitudini. L Energy Box garantisce che il confort del cliente che lo utilizza rimanga immutato e regolato in base alle proprie consuetudini. I carichi che questo strumento può gestire e coi i quali comunica sono: shiftable laods, carichi che possono essere sciftati nel tempo; interruptible loads, carichi interrompibili nel tempo; thermal loads, carichi che mettono a disposizione una certa flessibilità. Figura 9: Shiftable, interruptible and thermal loads 10

L architettura di ADDRESS è riposta nell Energy Box. Questo computer domestico ha un intelligenza locale perché l aggregatore ha un portafoglio clienti di grandi dimensioni. Inoltre, deve conoscere il consumatore e avere un intelligenza nell ambito della casa, potendo dare le risposte richieste in modo adeguato. Shiftable, interruptible and thermal loads Figura 10: Energy Box I dati del contatore sono fondamentali per conoscere il profilo di carico del cliente. L aggregatore deve conoscere il consumo complessivo del cliente, le abitudini e il profilo di carico. Una volta che il consumatore entra a fare parte del suo portafoglio clienti, l aggregatore deve fare un assessment su come realmente il consumatore agisce e di come ha spostato i propri consumi. 11

Figura 11: Price Volume Signals Ad ogni volume a cui si può ridurre i consumi, corrisponde un incentivo crescente. L Energy Box cerca la soluzione ottimale per dare il massimo benefici al consumatore. Ruolo e responsabilità di chi gesisce la rete elettrica: i distributori Impatto che l active demand può avere sulla rete di bassa o sulla rete di media tensione. Il distributore può agire in 2 modi nell ambito dell active demand: può essere lui stesso acquirente dell aggregatore, sfruttando l acquisto di domanda attiva per una gestione ottimale della rete ai propri fini; può essere attore tecnico che distribuisce i servizi necessari per abilitare la domanda attiva, garantendo l affidabilità e sicurezza della rete di media. Valida le offerte come operatore di distribuzione. Compra e presidia la rete. 12

Figura 12: DSOs Roles and Responsabilities Il Ruolo tecnologico. L aggregatore non deve conoscere la topologia della rete (che è patrimonio dei distributori), mentre i servizi della domanda attiva dipendono dalla topologia di rete. È compito del distributore localizzare la domanda attiva fare verifiche. I consumatori equivalenti per il network operation sono divisi e raggruppati per area di carico, o load areas, e il compito del distributore è quello di definire queste load areas e pubblicarle. L aggregatore deve fare uno studio delle load areas per stabilire le proposte e servizi da offrire. Load areas: aree di carico equivalenti. Figura 13: Consumers Mapping, Load Areas 13

Validazione tecnica. Gli aggregatori inviano le richieste di active demand al dso, quest ultimo le valida e le coordina con l operatore di trasmissione. Ricevendo diverse offerte, il dso guarda l impatto e decide se ridurle (fattori di curtailment) o meno. La validazione è successivamente inviata all aggregatore per correggere le proposte in base ai darti raccolti e ri-offrirle, avendo corretto una situazione non accettabile per la sicurezza di rete. Figura 14: Technical Validation Sempre a carico del distributore è la necessità di pubblicare flexibility table, dando il modo agli aggregatori di fare nuove offerte in base ai margini di flessibilità della load area. Figura 15: Flexibility Table 14

L utilizzo dei dati del contatore ha un impatto importante: Primo livello A fianco di sistemi che già esistono, devono aggiungersi altri sistemi (ADMS, active demand management system), che calcolano load area e flexibility table per fornire le informazioni necessarie da dare agli aggregatori. I distributori, invece, dovrebbero dotarsi di market tools per interagire sul mercato avendo strumenti di calcolo di prezzi e costi. Anche l intelligenza del distributore, quindi, deve crescere perché si confronta con complessità sempre maggiori. Secondo livello Seguire la rete di bassa in modo molto preciso. Immaginate di avere un medium voltage control center che affianca lo scad nelle funzioni di distribution management system per ottenere una stima dello stato sulla rete di media e fare un forecast dei carichi della generazione, gestione power flow, etc.: sono ulteriori fattori di complessità che si aggiungono ai compiti attuali del distributore (e ciò per gestire l intelligenza distribuita sulla media e bassa tensione). 15

Figura 16: New Tools and Functionabilities for DSOs Le tecniche di previsione dei carichi e di distribuzione devono essere affidabili. Quello del Forecast sta diventando un grande tema che caratterizzerà gli anni futuri. Il Progetto ADDRESS vuole fornire soluzioni interoperabili e standard. A questo proposito, è da sottolineare il fatto che ADDRESS sia il primo progetto europeo che usa un sistema a cui tutti possono fare riferimento (Computer Integrated Manufacturing CIM). 16

Figura 17: ADDRESS Information Model Il Progetto vuole garantire replicabilità e inderogabilità, sviluppando il progetto in CIM. Market and regulation Il mercato può presentarsi in modo diverso: contratto bilaterale dove il distributore stipula un contratto bilaterale con l aggregatore. Rapporto business to business; contratto platform con diversi aggregatori; mercato organizzato e aperto a diversi acquirenti che possono essere sia regolati che non regolati e usare aggregatori per migliorare il profit nell acquisto dell energia in borsa. 17

Figura 18: Markets, New Local Market In Europa ci sono regolazioni diverse. L obiettivo è, dunque, avere un quadro regolatorio unico in moda da facilitare l avvio di questo nuovo mercato. Si tratta di una questione complessa perché alcuni temi devono essere incorporati in regole preesistenti (ci vuole un presidio dei prezzi e protezione per i consumatori), mentre altri devono essere indirizzati in maniera specifica (infrastructure ownership, appartenenza dell Energy Box, coordinamento fra operatori di trasmissione e distribuzione, etc..) 18

La regolazione deve tutelare tutti questi nuovi ambiti di discussione, sotto il profilo dei codici di rete. Il DSO deve fornire servizi di tipo tecnico, garantendo un regime di trasparenza per ognuno, senza discriminazioni. Benefici Questo lavoro di ricerca ha fornito use cases prendendo parti di dati reali e modelli complessi. Figura 19: Potential AD Benfits List In particolare per l Italia sono stati valutati 2 scenari: 1. Tenedo conto di un paybak effect del 20% e del payback del 20%, la vera riduzione di energia risulta del 10%. Ciò significa che riducendo la curva di carico, si produce una diminuzione del costo del fuel del 2,4%, dell emissione di costi del 1,6% e delle perdite del 1,9%; 19

2. Tenendo conto di un peack load del 25%, risulta un conseguente payback effect del 20% e una overall energy reduction del 15%. Ciò significa che riducendo la curva di carico, si produce una diminuzione del costo del fuell del 4%, dell emissione di costi del 2,5% e delle perdite del 2,9%. Figura 20: Benefits Evaluation in Italy Il beneficio per il consumatore finale: nel primo scenario è ridotto di 15 euro all anno; nel secondo scenario è di 23 euro anno. Dunque, per fare decollare questo mercato sono necessari degli incentivi che facciano diventare attivi questi risultati. Verranno condotte dimostrazioni reali in diverse realtà: in Spagna (nella città di Castellón); in Francia, nelle isole del Canale, dove si gode di un clima nordico e presenza di pochi abitanti che non hanno fonti di generazione. Reale possibilità, quindi, di avere un active demand importante; in Italia, con il Progetto Carpinone, che testa la parte del DSO (cioè tutta la complessità di sistemi senza i consumatori). Sono stati presi accordi con produttori che aiutano a simulare una risposta sulla bassa tensione e si sta installando storage in cabina secondaria per avere una risposta più precisa sull active demand. 20

Figura 21: Demonstration 21

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