Il cambio di paradigma della generazione elettrica impone un ripensamento integrale del modello operativo del mercato e del sistema elettrico (inter)nazionale: nuove tecnologie, nuovi modelli organizzativi, nuovi servizi e nuovi operatori. L’obiettivo del convegno è quello di analizzare e dibattere con gli operatori tutti quegli aspetti che partecipano a diversi livelli al cambio di paradigma: generazione distribuita, smart grid, sistemi di accumulo, smart cities e smart buildings.

1. IL SISTEMA ELETTRICO NAZIONALE VERSO LE SMART
GRIDS: POSSIBILITÀ DI CRESCITA PER IL MERCATO
E PER LE INDUSTRIE DEL SISTEMA ANIE
Maurizio Delfanti
Politecnico di Milano
Dipartimento di Energia
Venerdì 08 Novembre 2013

2. Indice
2
• Lo sviluppo delle fonti energetiche rinnovabili
e l’evoluzione verso le smart grid
• Alcuni risultati dello studio elaborato per ANIE
ECOMONDO, Rimini - 08/11/13

3. Perché la GD complica la gestione delle reti?
Inversione di flusso
SPI e regolazione di tensione
3
• La rete di distribuzione non è stata progettata per raccogliere energia della GD
(energia ‘dal basso verso l’alto’: BT
MT AT)
• Questa
condizione
può
verificarsi
per
poche
ore
dell’anno:
fino a quando la GD è poca, e il carico prevale, tutto funziona come prima
• Quando la GD supera il carico, si ha la cosiddetta inversione di flusso:
a livello di trasformazione AT/MT (CP)
a livello di singola linea MT
problemi per SPI
problemi per SPI e profilo di tensione
150 kV
20 kV
• La GD altera l’esercizio in sicurezza del sistema elettrico di trasmissione
non è garantito il funzionamento continuativo a fronte di variazioni anche minime
della frequenza nella rete AAT e AT
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4. … a cui si aggiungono alcune
criticità nella gestione del sistema
•
Problemi di bilanciamento – surplus di produzione in ore di minimo carico (e in generale,
diminuzione dei gruppi convenzionali in esercizio e decremento di fabbisogno):
•
FRNP non monitorate in tempo reale (DSO-Terna) e assente/difficile previsione
sul breve-medio termine
criticità su MGP e MSD:
sottostimare produzione da FRNP
offerta su MGP (a prezzo nullo);
ridurre la capacità regolante;
incrementare l’errore di previsione
Ritarda la
riduzione
dei prezzi
su MGP
(…cmq già
in corso)
PUN = 0 €/MWh
dei fabbisogni orari zonali residui da
utilizzare per l’approvvigionamento
di risorse su MSD.
Aumento costi per approvvigionamento
delle risorse su MSD
• Le situazioni potenzialmente più critiche si presentano nei periodi diurni estivi (giorni di
basso carico, p.e. le festività), con PV elevato.
• Le difficoltà sono aumentate per le carenze infrastrutturali delle zone in cui le FRNP
sono disponibili.
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5. …che hanno portato allo sviluppo di alcuni
nuovi scenari
1.
L'evoluzione delle reti di trasmissione a livello continentale
(codice europeo, ENTSO-E)
2.
5
L'evoluzione
delle
regole
dimensione internazionale
di
connessione
a
livello
nazionale:
Del. 84/2012/R/eel; A.70 di TERNA; nuova edizione CEI 0-21 (luglio 2012);
nuova edizione CEI 0-16 (dicembre 2012)
3.
dimensione nazionale
Riduzione della GD in emergenza del SEN (A.72)
dimensione nazionale
In Italia sono in corso numerose sperimentazioni in campo:
•
smart grid (Del. ARG/elt 39/10) sulle reti di distribuzione MT
•
veicoli elettrici (Del. ARG/elt 242/10) sulle reti di distribuzione BT
•
sistemi di accumulo (Del. ARG/elt 199/11) sulle reti di T&D
…monitorare i risultati delle sperimentazioni darà la possibilità di acquisire
conoscenze e esperienze per avviare un “deployment esteso” nazionale
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6. L’unica soluzione possibile…
6
…il passaggio alle smart grid: ICT per la rete di distribuzione
• Smart grid
strutture e procedure operative innovative in grado di:
mantenere un elevato livello di sicurezza e affidabilità del sistema;
migliorare la gestione della GD e il controllo del carico;
promuovere l’efficienza energetica e un maggiore coinvolgimento degli utenti finali
(anche VE) nel mercato elettrico.
Data
€
ICT
Nuovi relè
Impatto trascurabile
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Generazione
Diffusa [%]

7. Quale prospettiva
per le reti di distribuzione
7
• Le reti di distribuzione mutano profondamente, verso le smart grid:
i progetti pilota in corso servono per indirizzare lo sviluppo estensivo
• La velocità di evoluzione dei sistemi elettrici in questo periodo storico è
decisamente elevata («unprecedented»)
ENTSO-E, codice europeo per i generatori (RfG)
dimensione
internazionale
avvento dei veicoli elettrici (ormai sul mercato…)
regole di gestione delle reti e di connessione
(Del. 84; all. A.70; CEI 0-21 da luglio 2012;
dimensione
CEI 0-16 da fine 2012):
nazionale
sperimentazione di sistemi di accumulo (Del. 199/11)
nuove prospettive per il dispacciamento delle FER
• La capacità di reazione mostrata dal sistema Italia rispetto alla tempesta
in atto ha condotto a una situazione di assoluta avanguardia
• Le nuove soluzioni tecnologiche sono pronte per essere dispiegate:
un’occasione per il rilancio della filiera?
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8. Indice
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• Lo sviluppo delle fonti energetiche rinnovabili
e l’evoluzione verso le smart grid
• Alcuni risultati dello studio elaborato per ANIE
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9. Prospettive di sviluppo di carico e
generazione sulle reti di distribuzione
•
9
In Italia, le stime sulla domanda di energia elettrica sono effettuate dal TSO
correlazione
tra i dati storici di carico, gli indicatori economici e l’indice di intensità elettrica
sulla base di queste stime i DSO elaborano i propri piani di sviluppo rete.
•
In aggiunta, devono essere considerate anche le linee guida indicate nella SEN che tra le
priorità di intervento riporta l’efficienza energetica e lo sviluppo delle FER.
•
Gli obiettivi SEN sull’efficienza energetica prevedono di risparmiare 20 Mtep/anno di
energia primaria (15 Mtep/anno di energia finale) con una diminuzione dei consumi
dell’80% per il settore termico e dei trasporti e del 20% per il settore elettrico.
Le stime di evoluzione del carico sulle reti di distribuzione prevedono, quindi, un
aumento dei consumi di energia elettrica pari a circa l’1-2% all’anno.
•
Gli obiettivi SEN sulle FER prevedono (per il settore elettrico) di sviluppare impianti fino a
raggiungere il 36-38% dei consumi finali al 2020, con una produzione di 130 TWh/anno.
Ipotizzando una taglia media per impianto tra 100 - 200 kW, il numero di nuovi
impianti GD che saranno connessi alle reti MT e BT da qui al 2020 è pari a circa
160.000 - 80.000 (di cui il 90% sulla BT e il 10% sulla MT).
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10. Prospettive di sviluppo della rete
di distribuzione
•
10
Sulla base dei dati di evoluzione di carico e GD, è possibile individuare le percentuali di
sviluppo (numero di interventi in uno specifico settore rispetto al numero di interventi totali)
dei principali investimenti sulle reti di distribuzione nei prossimi anni
•
In valore assoluto, con riferimento alla sola realizzazione di nuove CP e CS, il numero di
impianti da realizzare da qui al 2020 è stimabile (sulla base dei dati storici degli ultimi anni
e dei piani di sviluppo) in circa 100 – 200 nuove CP e di 25.000 – 50.000 nuove CS
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11. Architettura del sistema:
livelli funzionali
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• Livelli
funzionali
(sottostazione estesa):
0. centri operativi evoluti;
1. cabina primaria smart;
2.
cabina
secondaria
smart;
3. utente attivo e passivo;
infrastrutture di ricarica
VE; sistemi di accumulo
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12. Architettura del sistema:
componenti innovativi
•
12
La realizzazione di una rete smart NON può avvenire tramite lo sviluppo di un’unica
soluzione integrata che copre l’intero sistema elettrico dalla trasmissione, alla distribuzione
fino agli utenti finali e che può applicarsi indifferentemente in ogni diverso contesto
le smart grid sono un insieme
di
soluzioni
tecnologiche
differenti che devono essere
personalizzate, sviluppate e
implementate a seconda delle
diverse esigenze in modo da
realizzare una gestione e un
controllo ottimale di tutti i
componenti di rete.
•
Quattro categorie di componenti
innovativi
per
ciascun
livello
funzionale
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13. Architettura del sistema:
rete di comunicazione
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• La maggiore innovazione nella struttura della rete di distribuzione consiste
nell’integrazione di una opportuna rete di comunicazione.
In Cabina Primaria le connessioni wired verranno sostituite per la maggior
parte dalla fibra ottica, con conseguente eliminazione dei connettori verso
la RTU.
In Cabina Secondaria le RTU saranno connesse al centro tramite rete IP.
La generazione diffusa, le infrastrutture di ricarica dei veicoli elettrici, i
sistemi di accumulo (e in prospettiva anche i clienti finali) saranno
connessi al centro tramite rete IP.
• Comunicazione “always on” su
rete internet pubblica con supporto DSL o Wi-Max
Wi-Fi dedicata, fibra ottica, fibra ADSS
Protocollo di comunicazione
IEC 61850
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14. Le funzioni innovative da realizzare
(nel perimetro dello studio)
Telecontrollo e gestione in tempo reale della rete di distribuzione MT e BT
tramite scambio informativo tra tutti gli elementi del sistema (connessione
“always on” tra il sistema centrale e le cabine secondarie)
Visualizzazione misure e valori di forecasting in tutti i nodi di rete
Rete di
distribuzione
Ottimizzazione in tempo reale e in fase predittiva delle risorse di rete
Riduzione delle perdite mediante individuazione dinamica dell’assetto di rete
MT ottimale
Automazione avanzata di rete (selettività logica lungo linea,
controalimentazione automatica) in assetto radiale (o ad anello)
Telecontrollo interruttori BT con richiusura automatica condizionata
all’assenza tensione a valle
Incremento dell’affidabilità del SPI mediante telescatto con logica fail-safe
Regolazione innovativa della tensione MT
Generazione
diffusa
Limitazione/modulazione in emergenza della potenza attiva immessa da
ciascuna unità GD
Monitoraggio delle iniezioni da GD in tempo reale e in fase predittiva
Previsione e controllo della produzione da GD nella prospettiva di un
dispacciamento locale
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15. Le funzioni innovative da realizzare
(fuori dal perimetro delle stime)
•
15
Controllo del carico, comunicazione dei dati all’interno della rete domestica e
abilitazione di strategie di demand response
Clienti
•
disponibilità dei dati anche da remoto (mobile, web)
finali
•
analisi ed elaborazione dei dati per fornire feedback efficienza energetica e previsioni
di consumo/produzione
•
ottimizzazione consumi attraverso il controllo degli elettrodomestici
•
Integrazione in rete di infrastrutture di ricarica dei VE
•
localizzazione stazioni e prenotazione ricarica con ricerca ottimizzata
Infrastrut •
integrazione sistemi car-sharing
ture di
•
abilitazione pagamento diretto delle ricariche
ricarica
•
interfacce utente web/mobile
dei VE
•
alert via sms di completamento / disponibilità ricarica
•
integrazione con i sistemi di gestione della rete, previsione della produzione da fonti
rinnovabili e controllo dinamico delle ricariche
Sistemi di
accumulo
Smart
city
Controllo e gestione dei sistemi di accumulo
Gestione multifunzionale degli apparati installati presso gli utenti finali
Controllo e gestione dei sistemi di illuminazione pubblica
Controllo e Rimini - dei sistemi di trasporto pubblico
ECOMONDO,gestione 08/11/13

16. I fattori che influenzano gli investimenti
•
16
Gli investimenti in progetti di innovazione tecnologica sono fortemente influenzati dal quadro
regolamentare, dallo stato della rete e dalla struttura della produzione e del consumo,
nonché dalla volontà di intervenire e dalle nuove esigenze dei soggetti investitori.
•
Questi parametri giocano un ruolo importante nelle scelte di investimento, paesi con:
elevate quantità di GD
investiranno in progetti per l’aumento della hosting capacity;
elevata regolazione della QoS
investiranno in automazione avanzata di rete;
quantità di domanda flessibile
investiranno in progetti di demand response.
Il JRC nell’inventory smart grid project ha catalogato circa 281 progetti smart grid e circa 90
progetti di smart metering
in Italia si contano 40 progetti:
integrazione della GD
66,51 M€;
smart network management
smart customers e smart home
65,3 M€;
4,78 M€;
aggregation (demand response, VPP)
6,84 M€;
electric vehicles e vehicle2grid applications
integrazione delle FER
smart metering avanzati
10,38 M€;
4,46 M€;
ECOMONDO, Rimini - 08/11/13
29,62 M€;

17. Investimenti e previsioni per il mercato italiano:
scenari di sviluppo in Italia
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Per considerare la forte variabilità dei fattori che influenzano gli investimenti in Italia, è
necessario definire scenari di sviluppo rispetto ai quali valutare il potenziale operativo
di diffusione delle diverse soluzioni e la relativa forchetta di investimenti.
• Scenario S1: bassa penetrazione della GD e quadro normativo e regolatorio che
pone barriere (non crea condizioni favorevoli) allo sviluppo di tecnologie innovative
e quadro normativo e regolatorio che pone
barriere di tecnologie innovative
• Scenario S3: bassa penetrazione della GD e
quadro normativo-regolatorio che garantisce
il max sostegno alle smart grid
• Scenario S4: elevata penetrazione della GD
e
quadro
normativo-regolatorio
garantisce il max sostegno alle smart grid
ECOMONDO, Rimini - 08/11/13
che
Miglioramento del quadro
normativo – regolatorio
• Scenario S2: elevata penetrazione della GD
Scenario S3
Scenario S4
Rmax
Rmax
GDmin
GDmax
Scenario S1
Scenario S2
Rmin
Rmin
GDmin
GDmax
Aumento della GD

18. 18
Potenziale al 2020 delle
soluzioni smart in Italia…
…to be continued
Seminario ANIE
il 4 dicembre a Milano
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19. 19
GRAZIE PER
L’ATTENZIONE!
(comments are welcome)
maurizio.delfanti@polimi.it
http://www.energia.polimi.it
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