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

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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 ??

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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

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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

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– 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

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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

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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

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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

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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

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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

massimo.gallanti@ersemassimo.gallanti@erse--web.itweb.it