Integrazione delle rinnovabili nelle reti elettriche di...
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Federico Silvestro Paola Pongiglione Integrazione delle rinnovabili nelle reti elettriche di distribuzione: problematiche e opportunità di regolazione Mercati energetici e metodi quantitativi Padova, 17 ottobre 2019
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Federico Silvestro
Paola Pongiglione
Integrazione delle rinnovabili nelle reti elettriche di distribuzione: problematiche e opportunità di regolazione
Mercati energetici e metodi quantitativi
Padova, 17 ottobre 2019
Introduzione: impatto delle rinnovabiliStudi di reteRegolazione di tensioneOpportunità per rinnovabili: aggregazioni
Indice
Diffusione fonti rinnovabili in Italia
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(fonte: Terna, Piani di Sviluppo 2019)
Problematiche legate alle rinnovabili
In particolare, nuove intensive installazioni di impianti eolici
nel Sud Italia, dove la concentrazione, nettamente maggiore
che in altre aree, determina frequenti sovraccarichi ed
impossibilità di evacuare tutta la potenza prodotta
Mancata Produzione Eolica:
Congestioni
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(fonte: Terna, Piani di Sviluppo 2019)
Problemi di tensione
Presenza sempre più frequente di sovratensioni, caratteristiche degli scenari a basso carico, anche quando/dove consumi significativi siano compensati da generazione locale
La struttura non più radiale, bensì con generazione distribuita, comporta inversioni nel profilo di tensione
Problematiche legate alle rinnovabili
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I valori medi registrati nelle stazioni della rete di altissima tensione sono migliorati negli ultimi anni, ma in diverse aree critiche si verificano frequentemente valori vicino ai limiti consentiti (5% del valore nominale) nei nodi più stressati, con ripercussioni sulle reti di distribuzione sottostanti
(fonte: NREL)
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Indice
Obiettivi degli studi di rete
• Studi dell’intera rete di trasmissione
• Studi locali, identificazione di problematiche in dettaglio
Oggi legate principalmente ai flussi bidirezionali e fortemente
variabili dovuti alla natura intermittente delle fonti rinnovabili e
all’eventuale inserimento di accumuli.
Nuovi soggetti come prosumers, aggregatori, ecc possono essere
coinvolti per offrire servizi che compensino le «complicazioni»
associate alla loro presenza.
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Problematiche individuabili
Profili di tensione, violazione del range
Congestioni da sovraccarichi
Congestioni da sovragenerazione
Rilevamento di isole elettriche
Riduzione della risposta inerziale
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❖ parametri strutturali necessari per le linee
❖ definizione scenari (carichi e generazione)
❖ conoscenza regolazioni per corretta operazione
Modello di rete come asset di conoscenza
(fonte: DIgSILENT Powerfactory)
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Stima evoluzione del parco di generazione
Quando si studia l’impatto di un intervento,
è necessaria la conoscenza degli interventi
strutturali pianificati e l’evoluzione prevista
per le utenze
(fonte: Terna, Piani di sviluppo 2019)
Evoluzione carico 2025 2030Distributed Generation 349 TWh 375 TWhSustainable Transition 341 TWh 359 TWh
Piano Nazionale integrato Energia e Clima
330 TWh
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Requisiti da verificare
• Nei diversi scenari caratteristici che vengono individuati
• Con eventuali orizzonti temporali differenti
• Analisi statiche N ed N-1
Simulazioni di Load Flow AC standard (risolto tramite Newton-Raphson)
• Definendo setpoint ai generatori ed ai carichi (ipotizzati bilanciati) secondo il dispatch
• L’equilibrio è garantito dalle reference machines al nodo di slack
• Con possibilità di aggiustamenti dei tap changer, banchi di rifasamento, etc
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Condizioni di normale funzionamento (caso N)
• In qualunque condizione di carico• Tolleranza sulle tensioni da
garantire al punto di consegna:• ± 5% del valore nominale• Carichi sugli elementi
longitudinali (linee e trasformatori): fino all’80% del valore nominale
Analisi delle contingenze N-1
• Simulando il mancato funzionamento di uno degli elementi della rete:
• La tolleranza sulle tensioni si estende a ± 10%
• Sugli elementi longitudinali, è transitoriamente accettabile raggiungere il 120% del carico termico nominale
Limiti operativi di corrente e di tensione
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Cadute di tensione
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La regolazione tradizionale tramite load tap changers può essere insufficiente per garantire un adeguato profilo di tensione lungo tutto il feeder.Una riduzione dei transiti di potenza reattiva implica minori perdite e cadute di tensione
Inoltre la diffusione della Generazione Distribuita (principalmente solare ed eolico) può causare inversioni lungo il profilo di tensione, finanche a superare il valore di sbarra in Cabina Primaria.
Controllo Volt/Var
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Rispettare i vincoli di tensione
Evitare sovraccarichi di corrente nei componenti
Garantire un determinato fattore di potenza
Minimizzare le perdite o il consumo energetico
Ottimizza tensioni e potenze reattive, regolando le risorse presenti nella rete di distribuzione, con i seguenti obiettivi:
Plant
production
Si attua un controllo centralizzato dei vari dispositivi presenti sul campo:
Analisi di sensitività
Tali coefficienti esprimono l’efficacia della possibile regolazione (come rapporto tra la variazione ottenuta e la potenza iniettata), ma sono linearizzati intorno al punto di lavoro, e vanno pertanto ricalcolati in ciascuno degli scenari operativi considerati.
I valori di 𝜕𝑣/𝜕Q (in quanto più rilevanti) dei siti individuati possono essere comparati con quelli dell’area circostante per valutarne l’interesse
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Nei specifici luoghi di interesse, si può effettuare un’analisi del possibile impatto di una regolazione di tensione locale, simulando nelle sottostazioni ipoteticamente controllabili delle iniezioni di potenza (attiva e) reattiva e misurandone la variazione di tensione prodotta, rispettivamente in termini di derivate parziali 𝜕𝑣𝑖/𝜕𝑃𝑖 e 𝜕𝑣𝑖/𝜕Q𝑖.
In base ai nuovi standard, le fonti rinnovabili sono sempre più chiamate a contribuirealle regolazioni di rete
AEEGSI: Delibera 300/2017/R/eel
Prima apertura del Mercato per il Servizio di Dispacciamento (MSD) alla domanda elettricae alle unità di produzione anche da fonti rinnovabili non già abilitate nonché ai sistemi diaccumulo. Istituzione di progetti pilota in vista della costituzione del testo integratodispacciamento elettrico (TIDE) coerente con il balancing code europeo.
• UVAP (Unità Virtuali Abilitate di Produzione)
• UVAC (Unità Virtuali Abilitate di Consumo)
• UVAM (Unità Virtuali Abilitate Miste)
su base aggregata, nel rispetto di opportunicriteri di localizzazione geografica.
Regolazioni da generazione distribuita
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(fonte: TerniEnergia)
Riferimento attuale per regole di connessione e limiti operativinorme CEI 0-16 e 0-21 per connessione utenti in AT, MT e BT per tipologie di generatori:
• Sincroni
• Eolici full converter e doubly fed
• Statici < 400 kW e > 400 kW
• Sistemi di accumulo
Per definire remunerazione e conseguenze del servizio di regolazione di tensione, che rientra tra i possibili servizi delle UVAx, è stato pubblicato il Documento per la consultazione 322/2019/R/EEL relativo al dispacciamento (nuovo TIDE)
(fonte: CEI 0-16)
Regolazione di tensione
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DERMS vs VPP
Aggregazioni DER per consentire maggiore controllo e fornire flessibilità alla rete.
In gergo elettrico, si distinguono, tra le possibili piattaforme di aggregazione:
• Virtual Power Plant (VPP) per servizi indipendenti dalla posizione locazione geografica delle risorse (quindi regolazione di frequenza, arbitraggio di energia, peak shaving, ecc)
• Distributed Energy ResourcesManagement Systems (DERMS) per servizi fortemente legati alla distribuzione degli elementi (regolazione di tensione, Optimal Power Flow, capacity relief, ecc)
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(fonte: E.ON)
Virtual Power Plant (VPP)
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― Aggregazione di unità decentrate– Generazione:
• impianti a biogas • centrali eoliche• impianti fotovoltaici• impianti di cogenerazione • centrali idroelettriche
– Consumi– Sistemi di accumulo
― Controllo centrale– Coordinamento di singoli impianti come unica centrale elettrica– Supporto per fornitura di servizi per il bilanciamento e la regolazione– Risposta ai segnali di prezzo → modulazione
― Scopo– Rivendita nei mercati di energia elettrica e flessibilità dell'aggregato– Bilanciamento interno consumi/produzione e riduzione costi
Demand Side Response
Gestione del carico, secondo diversi programmi di partecipazione e vari meccanismi di remunerazione
• Fornitura di flessibilità al sistema• Insieme, o in alternativa, ai sistemi di
accumulo
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(fonte: E.ON)
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Architettura VPP
http://virtus-csea.it
Progetto VIRTUS (Gestione VIRTUale di risorSe energetiche distribuite)
Architettura del VPP in funzione della tipologia
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Progetto VIRTUS (Gestione VIRTUale di risorSe energetiche distribuite)
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Possibili livelli di aggregazione del VPPTIPO 1: Microgrid/ prosumer
Aggregazione di primo livello, che include risorseall’interno dello stesso impianto
Ottimizzazione delle risorse
TIPO 2: locale
Aggregazione di secondo livello, di insiemi di aggregatidi tipo 1 (microgrid/prosumer) e singole risorse locali
Flessibilità con localizzazione delle risorse, per lafornitura di servizi tecnici e/o economici
TIPO 3: zonale
Aggregazione di terzo livello, di insiemi di aggregati ditipo 2 (VPP locali)
Flessibilità con localizzazione delle risorse, per lafornitura di servizi tecnici e/o economici
TIPO 4: globale
Aggregazione di quarto livello (a livello di mercato) Flessibilità “agnostica” rispetto alla localizzazione dellerisorse, per la fornitura di servizi sul mercato elettrico
Il progetto si propone di definire, realizzare e validare l’architettura di un VPP che realizzi anche interventi per l’efficienza energetica sperimentabili su siti pilota.
– sarà capace di vendere energia e servizi ausiliari sul mercato sfruttando flessibilitàdell’integrazione di generazione, accumulo e carico
– opererà come sistema di gestione centralizzato comprendente un ottimizzatore, per valorizzare tutti gli attori coinvolti tramite politiche di tipo win-win favorevoli per clienti e aggregatori
– realizzerà concetti di “transactive energy” e di “energy cloud” orientati all’efficientamento energetico del sistema elettrico a minor rischio mediante la gestione virtuale di DER
– si baserà su una piattaforma gerarchica altamente scalabile, con sistema di controllo centrale e sistemi di controllo distribuito.
A livello funzionale, ottimizza le risorse disponibili, inviando set point operativi ai vari clienti mediante una opportuna struttura di comunicazione avanzata, per:
– Sfruttare le potenzialità delle risorse elettriche e termiche distribuite– Integrazione e bilanciamento di GD, gestione attiva della domanda → service provider– Organizzazione del portfolio energetico, utilizzo di sistemi di previsione, gestione delle
relazioni con il cliente (CRM), adozione di sistemi di localizzazione territoriale (GIS) e attività di misurazione e fatturazione.
Obiettivi scientifici e tecnologici di Virtus
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Grazie per l’attenzione
