massimo gallanti direttore dipartimento sviluppo del ... · • generatori e di dispositivi di...
TRANSCRIPT
Le attività di RSE sulle Smart Grids nella ricerca per ilLe attività di RSE sulle Smart Grids nella ricerca per ilLe attività di RSE sulle Smart Grids nella ricerca per il Le attività di RSE sulle Smart Grids nella ricerca per il sistema elettricosistema elettrico
Massimo GallantiDirettore Dipartimento Sviluppo del Sistema Elettrico
SMART GRIDS: rivoluzione nella distribuzione dell’energia elettricaCatania, 9 Novembre 2010
www.gsel.it
Catania, 9 Novembre 2010
ERSE: la ricerca del sistema elettrico
• RSE (Ricerca sul Sistema Elettrico S p A ) svolge attività di• 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
l fi i ti il F d l Ri di Si tgenerale, finanziati con il Fondo per la Ricerca di Sistema. Approccio applicativo e sperimentale
Atti ità i t t l “ i t ” Attività orientate 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 rilancioinnovazione, 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 Le attività di RSE sulle Smart Grid e sulle Generazione DistribuitaGenerazione DistribuitaGenerazione DistribuitaGenerazione Distribuita
• Attività iniziata nei primi anni 2000, quando ancora non si parlava di S t G iddi Smart Grids
• Attività inizialmente focalizzata sulla Generazione di piccola taglia e sulla sua integrazione nella rete di distribuzionetaglia e sulla sua integrazione nella rete di distribuzione
• Messa a punto della “test facility” per la Generazione Distribuita, sulla quale sperimentare:q p Diverse tecnologie di generazione
L’interazione dei generatori con la rete di distribuzioneg
Tecnologie di generazione e di controllo
• Partecipazione ai primi progetti europei sulla Generazione p p p g pDistribuita (progetto Dispower)
3
La test facility di Generazione DistribuitaLa test facility di Generazione Distribuita
LAN, Wireless, Powerline
Supervision &Data
acquisition
23kV Line125 kWe + 100 kWe
800 kVATRASFORMER
PV BATTERIES LOADS
INVERTER
SystemMCFC + MT
SUPERCONDUCTORCURRENT LIMITER SWITCHING &
CONNECTION
DC NETWORK
INVERTER
400V Line10 kWe 100 kW 64 kW
VLA
CONNECTION BOARD
FLYWHEEL ZEBRA
10 kWe90 kWth 93 kWe
69 kVAR150 kVAR
10 kWe 100 kWe 64 kWeVLABATTERIES
PV EURODISH BIOMASS10 kW8 kW8 kW
ZEBRA BATTERIES
100 kWe3 kWe100 kWe160 kWth100 kWfr
14 kWe45 kWe
PV
DIESEL
EURODISH
PV
BIOMASS O.R.C.TURBINE
PROGLOAD
DOMOTICAL HOUSE
SIMULATEDWINDTURBINE
PV
P.E.M.REDOXBATTERY MICROTURBINE
VRLA BATTERY BANK
(350 kWE – 250 kWTH)
Il progetto “reti attive” di ERSE nella Ricerca di Il progetto “reti attive” di ERSE nella Ricerca di SistemaSistemaSistemaSistema
• Studio di metodologie, tecnologie e strumenti per trasformare l’odierna rete di distribuzione in una rete attival 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 attiveTecnologie 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
idrogeno
Le collaborazioni nazionali e internazionali 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 elettricaProgetti 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 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 Le collaborazioni nazionali e internazionali
• Coinvolgimento dei membri del laboratorio nelle iniziative UE a supporto del SET Planiniziative UE a supporto del SET Plan Smart Grids Technology Platform
EEGI (European Electricity Grid Initiative) 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 SmartPerché le Smart GridsGrids ??Perché le Smart Perché le Smart GridsGrids ??
8
I limiti della rete di distribuzione odiernaI 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 distribuzionei generatori e i carichi connessi alla rete di distribuzione (approccio fit&forget)
• La GD non sostiene il sistema elettrico in occasione diLa 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 clientierogato dalla rete ai clienti Qualità della tensione
• Contatori che non comunicano con l’utente• Contatori che non comunicano con l utente Utente scarsamente consapevole dei propri consumi
9
La trasformazione della rete di distribuzioneLa trasformazione della rete di distribuzione
• Le spinte verso il cambiamento dell’attuale rete di distribuzione: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 Fornire ai Partecipazione dei consumatori nel mercato dell 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 prelievoprelievo
– Climatizzazione (raffrescamento e riscaldamento) mediante pompe di calore elettriche
10
– Mobilità elettrica (auto elettrica)
Verso una rete di distribuzione “attiva”Verso una rete di distribuzione “attiva”
• Il Gestore della rete può “controllare” generatori e carichi flessibili, per garantire sicurezza e qualità della fornitura: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 t ti i d ll t “ li” di ì• Gli utenti ricevono dalla rete “segnali” di prezzo e possono così ottimizzare i propri prelievi Prezzi che riflettono il costo dell’energia Prezzi che riflettono il costo dell energia
• Gli utenti possono mettere a disposizione “servizi” alla rete Es interrompibilità diffusa bilanciamento del sistema elettrico Es. interrompibilità diffusa, bilanciamento del sistema elettrico,
profili di scambio prevedibili
11
Alcuni risultati delle attività recenti diAlcuni risultati delle attività recenti diAlcuni risultati delle attività recenti di Alcuni risultati delle attività recenti di RSERSE
Impatto della Generazione diffusa sulle reti di Impatto della Generazione diffusa sulle reti di distribuzionedistribuzionedistribuzionedistribuzione
• Determinazione della Hosting Capacity: alore massimo di generazione installabile sui nodi di una rete di distribuzione MTgsenza violare i limiti tecnici (attività svolta con Politecnico di Milano – Risultati riportati nell’allegato 2 della Delibera 25/09)
““Hosting Hosting capacitycapacity” della rete di distribuzione ” della rete di distribuzione btbtgg p yp y• 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)corrente (sulle linee)
• Limiti dipendenti dalla caratteristica della rete
• Per superare questi limiti senza realizzare nuove linee è i ll ti tti d ll t
14
necessario passare alla gestione attiva della rete
Il sistema di comunicazione per le Il sistema di comunicazione per le Smart GridsSmart Gridspp
• 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
Li ll li ti D fi i i d i i i f iti d t iLivello applicativo Definizione dei servizi forniti da generatori e carichi
Protocolli di comunicazione Protocolli standard: famiglia IEC-61850Infrastruttura di comunicazione Trasmissione su linea elettrica (PLC), rete
pubblica, reti wireless
15
La gestione della protezione “La gestione della protezione “anti anti islandingislanding” ” mediante telecontrollomediante telecontrollomediante telecontrollomediante telecontrollo
Obiettivo: evitare distacchi intempestivi dei generatori dalla rete, comandando da remoto l’apertura della protezioni di interfaccia solo quando ciò è necessario
Messaggio di apertura ai generatori connessi alla Comando apertura
linea
Rilevazione corto circuito lungo la linea
protezione i/f generatori
A hit tt di Schema logico
Architettura di prova
16
Telecontrollo per apertura protezione di interfaccia: Telecontrollo per apertura protezione di interfaccia: risultati delle proverisultati delle prove
Tempistiche realtive ai tempi di remotizzazione I/O digitale
150
risultati delle proverisultati delle prove
120
130
140 tunnel 1 - avg 83.98
tunnel 2 - avg 75.37
tunnel 3 - avg 68.06
90
100
110
Tem
po [m
s]
60
70
80
5000.00 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
Tempi di comunicazione ampiamente al di sotto dei limiti!
tunnel VPN utilizzando hw embedded
Contributi al tempo di latenza complessivo delle diverse fasi di trasmissione del messaggio
17
Tempi di comunicazione ampiamente al di sotto dei limiti!
Il controllo di tensione tramite Il controllo di tensione tramite dispacciamentodispacciamentogeneratorigeneratorigeneratorigeneratori
OObiettivo
• Sviluppo di nuove tecniche di controllo e gestione della rete di distribuzione finalizzate a massimizzare la penetrazione di GDdistribuzione finalizzate a massimizzare la penetrazione di GD (“hosting capacity”)
Si prevedono due modalità di controllop
• Controllo diffuso (locale)
• Controllo centralizzatoControllo centralizzato
Architettura dell’algoritmo del controllo di tensione Architettura dell’algoritmo del controllo di tensione di centralizzatodi centralizzatodi centralizzatodi centralizzato
State Estimator
Centro
Gen 1 STORAGE Gen n
DDIcomm
localDDI
commlocal
DDIcomm
localOLTCVC
Gen 1 STORAGE Gen n
DDI DDI DDISCADA
Cabina
DDIcomm
localDDI
commlocal
DDIcomm
local
Primaria
misure/informazioni
Protocolli e descrizioni standard• IEC 61850• CIM…misure/informazioni
comandi/setpoint
Rete testRete test
storagestorage
sinc
wind
feeder 1 sinc
wind
feeder 1
windwind
FVFV
wind
sincfeeder 2
wind
sincfeeder 2
FVsinc
FVsinc
Situazione inizialeSituazione iniziale
in assenza di controllo nella rete test si osservano sovratensioniOre 15 - baseline
23.0
22.0
22.5
21.5
V [k
V] possibile distacco GD!
20.5
21.0
Linea 2-12-15-18
20.02 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 15 16 17 18
d GD7 GD2 GD1GD8 storagenodo GD7 GD2 GD1GD8wind sinc wind sinc
storagefeeder 1
Risultato ottimizzazioneRisultato ottimizzazioneOre 15 - confronto
24
baseline
22
23
baseline
controllo
20
21
V [k
V]
-2.1 MVAR-0.2 MVAR
OLTC
ok!
18
19
O
172 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 15 16 17 18
n° nodo GD7 GD2 GD1GD8 storage
H15 N18 GD1 H15 N8 GD2H15 N12 Storage H15 N18 GD1 H15 N8 GD2H15 N12 Storage
4.94 /0
OPF
4.94 / 0
Baseline
H15_N18_GD1[MW/MVAR]
2.87 / 02.87 / 2.1-2.0 / -0.2-2.0 / 0
OPFBaselineOPFBaseline
H15_N8_GD2 [MW/MVAR]
H15_N12_Storage[MW/MVAR]
4.94 /0
OPF
4.94 / 0
Baseline
H15_N18_GD1[MW/MVAR]
2.87 / 02.87 / 2.1-2.0 / -0.2-2.0 / 0
OPFBaselineOPFBaseline
H15_N8_GD2 [MW/MVAR]
H15_N12_Storage[MW/MVAR]
L’algoritmo ha calcolato una soluzione adeguata, cambiando Q (costo basso) anziché P (costo elevato) delle risorse controllabili (storage e GD2)controllabili (storage e GD2)
Grazie perGrazie per l’attenzionel’attenzioneGrazie per Grazie per l attenzionel attenzione
[email protected]@erse--web.itweb.it