Distribuzione Elettrica: dalla rete passiva alla rete attiva

Roberto Caldon

Università di Padova

Struttura attuale del sistema elettrico

Centrale ElettricaTransformatore

di Distributione

Sottostazione

Commerciale

Industriale Commerciale Gr. ContinuitàResidentiale

Reti elettriche di distribuzione

Rete tradizionale BTRete odiernaRete di domani ?

Situazione della rete di distribuzione

• In Italia il sistema di distribuzione è di primario livello; nel corso degli anni ha raggiunto una notevole affidabilità e una qualità del servizio eccellente, grazie anche a recenti interventi come ad es. l’adozione del neutro compensato, il telecontrollo e l’automazione delle reti.

• L’eventuale decisione di operarvi modifiche non è dovuta a ragioni tecniche contingenti, quanto piuttosto a scelte atte ad incentivare, ad esempio, lo sfruttamento di fonti rinnovabili per il conseguimento degli obiettivi di Kyoto e dalle direttive dell’UE.

Perché la Generazione Distribuita ?

• convenienza energetica derivante dalla cogenerazione; • necessità di integrare le capacità di trasporto della rete;

• possibilità di sfruttare risorse energetiche disperse altrimenti non utilizzabili;

• (presenza di incentivazioni).

Altri motivi della possibile diffusione

– E’ più facile la localizzazione di piccoli impianti;

– La co-generazione di piccola taglia può essere sfruttata con reti termiche poco estese ed economiche (e il gas naturale è distribuito quasi ovunque);

– La GD richiede tempi brevi di installatione;

– La liberalizzazione del mercato dell’energia elettrica contribuisce a creare nuove opportunità;

– I costi della T&D sono cresciuti mentre quelli della GD si sono ridotti.

Nuove strutture e nuove funzioni

• Connettività fra produttori e carichi

• Distributori forniscono servizi aggiuntivi o di sistema

• Flessibilità nella produzione e nella domanda(responsive loads)

Generazione Distribuita: possibile Impatto sulla rete

Incremento dei livelli di corrente di cortocircuito e la perdita di selettività delle protezioni;

Possibile presenza di transitori elettromeccanici e fenomeni di instabilità dinamica dei generatori rotanti.

Possibile formazione di “isole indesiderate”

Difficoltà del mantenimento dei profili di tensione al variare dei flussi immessi in rete (regolazione della tensione);

Può causare la degradazione della qualità del servizio, in particolare:

Rete

Contributo alla corrente di corto-circuito

• I Generatori contribuiscono alla corrente di corto-circuito

Selettività

Rete

Difficoltà a rendere selettiva l’azione delle protezioni in presenza di Generazione Distribuita

La regolazione della tensione

MT/BT Cab.Secondarie

130/20kV Cab. Primaria

AVR

Tensione

Limiti consentiti

Regolazione tramite

AVR

P Q

Dopo l’apertura dell’interruttore di linea, una porzione di rete

rimane alimentata dalla Generazione Dispersa

Formazione di “isole indesiderate”

DG

AT

MT

DG

Parti di rete in Isola

-nel breve termine:

Problema di una protezione affidabile contro la perdita di rete

-nel lungo termine:

Problema del controllo/protezione della rete resa attiva dalla GD

Questioni aperte:

Innovazioni richieste dalla presenza di GD

- Configurazione Radiale

Rete Attiva

Rete Passiva

- Bassa penetratione DG

- Alta penetratione DG - Automazione sofisticata

- Possibilità Plug & Play per DG

- Nuove configurazioni di rete

SCADA attuale

Comunicazioni bidirezionali

locali e di sistema

Integrazione di due infrastrutture

Central GeneratingStation

Step-Up Transformer

DistributionSubstation

ReceivingStation

DistributionSubstation

DistributionSubstation

Commercial

Industrial Commercial

Gas Turbine

RecipEngine

Cogeneration

RecipEngine

Fuel cell

Micro-turbine

Flywheel

Residential

Photovoltaics

Batteries

Residential Data Concentrator

Control Center

Data network Users

2. Information Infrastructure

150 kV

60 kV 60 kV 60 kV

10 kV 10 kV 10 kV

60 kV 60 kV

60 kV

10 kV

10 kV 60 kV

10 kV

60 kV

150 kV

Input Output

ControlloreRete attiva

Definizione di “distribuzione attiva”

• Una rete di distribuzione è attiva se il gestore della rete controlla e/o regola la potenza assorbita o generata da carichi e generatori, la tensione ai nodi ed i flussi di potenza nei rami della rete– Non tutte le funzioni devono essere presenti– Abbandono della politica del “connect and forget”

• Approccio probabilistico nel dimensionamento e nella gestione delle connessioni.

Criticità delle reti attive

- Reti maggiormente interconnesse:• per accogliere il maggior numero di generazioni distribuite, una rete di

distribuzione dovrebbe essere maggiormente interconnessa.

– Effetto Domino: • ma una rete di distribuzione fortemente interconnessa rischia di dar luogo a

pericolosi effetti di diffusione dei guasti e dei malfunzionamenti che possono compromettere il servizio in aree molto vaste.

– Correnti di guasto• la magliatura delle reti determina sempre un forte incremento delle correnti

di corto circuito. Servono nuove protezioni o limitatori.

– Power Quality• l’aumento dell’ampiezza della corrente di corto circuito porta a buchi di

tensione più profondi e ad aree di influenza maggiormente estese. Per scongiurare la possibilità di un forte degrado della qualità della tensione è necessario pianificare le reti di distribuzione considerando tali aspetti in modo esplicito.

Necessità di sviluppare nuove tecnologie e nuove strategie di controllo / gestione

R&S delle reti attive: (UK)

• Impiego di (Distribution Management System) per la gestione integrata della rete e della GD

R&S delle reti attive: (Danimarca)

R&S delle reti attive: “Self-healing” networks (Intelligrid EPRI-EDF)

R&S delle reti attive: Le microreti capaci di autosussistenza (EPRI)

Microgrids

Potenza anche in caso di perdita di risorse distribuite nella microgrid; Vendita alla rete di eventuali eccessi di produzione;

Permettono di alimentare durante i guasti la totalità o un sottoinsieme degli utenti (isola intenzionale).

Conclusioni• Le reti di distribuzione MT e BT non sono progettate per la

integrazione di GD• La presenza diffusa della GD può creare problemi e limitare

l’affidabilità dell’attuale sistema di distribuzione• Bisogna modificare le modalità di controllo e i criteri di esercizio

delle reti (protezioni, regolazione della tensione, ecc.,)• La trasformazione del sistema di distribuzione verso scenari futuri

in cui non si pongano barriere ed ostacoli alla penetrazione della GD richiede notevoli investimenti e potrà avvenire solo sotto la spinta di una chiara indicazione politica e il coinvolgimento dei soggetti interessati.

• Molti paesi (soprattutto in Europa) stanno affrontando il problema; a questo fine molte imprese stanno investendo nello sviluppo di nuove tecnologie in particolare l’integrazione di ICT e di Automazione.

Domande

• Il nostro paese che cosa intende fare ?

• Esistono regole certe e chiari scenari di sviluppo ?