Massimo Gallanti La ricerca nel settore elettrico Riunione Annuale GUSEE Pisa, 15 luglio 2014 1.

Massimo Gallanti

La ricerca nel settore elettrico

Riunione Annuale GUSEEPisa, 15 luglio 2014

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Il sistema elettrico (power system) è considerato un settore maturo

Quale sarà il suo ruolo negli anni a venire all’interno settore energetico ?

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Bolletta annua del sistema elettrico italiano 2012 M€Costo energia 23.330 Costi di dispacciamento 3.333

uplift 1.797 mancata prod. Eolico 411

Unità essenziali 437 Funzionamento Terna 162

capacity payment 58 interrompibili 468

Commercializzazione e Vendita 1.200

Costi di rete (T&D) 8.530 Trasmissione 1.530

Distribuzione e misura 7.000 Oneri di sistema 11.260

A2 150 A3 10.417

A4 - Regimi tariffari 295 A5 41

Ecc. 120 Contributo per CB 237

AE - Accise 2.777 TOTALE M€ 50.430 Costo medio Energia elettrica IVA esclusa - c€/kWh

16,4

3,6% del PIL

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Scenari energetici UE

Fonte: EU ENERGY, TRANSPORT AND GHG EMISSIONS TRENDS TO 2050 – REFERENCE SCENARIO

5Fonte: EC - Energy Roadmap 2050 (COM/2011/885) Dicembre 2011

Scenari energetici UE

Andamento in % del consumo di elettricità in Europa

Il peso del vettore elettrico in Europa è destinato ad aumentare

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Scenari energetici per l’Italia

Andamento consumi finali di energia

Nello scenario Roadmap è atteso un calo rilevante della domanda finale per effetto dell’efficienza energetica


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Andamento dei consumi elettrici

Fonte: ENEA – Rapporto Energia Ambiente 2013

ma, anche negli scenari per l’Italia il consumo di energia elettrica risulta in crescita

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Elettrificazione dei consumi finali

27%

L’incremento in percentuale dell’elettricità nei consumi finali è ancora più evidente

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Negli anni a venire il sistema elettrico è destinato a giocare un ruolo ancor più rilevante nello scenario energetico

internazionale

Le esigenze di innovazione tecnologica sono molto più rilevanti di quanto possa sembrare a prima vista

Innovazione tecnologica nel settore elettrico -> importanti ricadute per la competitività del Paese

Le esigenze di ricerca per il sistema elettrico – la lettura data dalla UE -

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Energy Efficiency Competitive Low Carbon Energy

Smart cities and communities

Horizon 2020 – Secure, Clean and Efficient Energy (within «Societal Challanges» Area)

Work Programme Structure

The European Strategic Energy Technology Plan (SET Plan)

La Integrated RoadMap in fase di preparazione (disponibile a fine anno) ricalca la struttura tematica di H2020 - SCEE

Le esigenze di ricerca per il sistema elettrico – la lettura data dalla UE -

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Horizon 2020 – Secure, Clean and Efficient Energy (within «Societal Challanges» Area


Competitività Sicurezza Sostenibilità

La ricerca nel settore elettrico: due punti di vista da collimare

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Produzione Trasmissione e dispacciamento Distribuzione Usi

finali

L’articolazione classica del Sistema Elettrico



Horizon 2020 – Secure, Clean and Efficient Energy


I driver per un nuovo sistema elettrico• Competitività e sviluppo del mercato

– Mercato dell’energia elettrica e dei servizi di dispacciamento

– Incremento della capacità di trasporto e la flessibilità delle reti elettriche

• Sicurezza della fornitura– Sfruttamento delle FER e incremento dell’efficienza energetica

– Prevenzione dei rischi che compromettono la sicurezza del sistema elettrico a breve termine

• Sostenibilità ambientale– Incremento della produzione da fonti rinnovabili non programmabili, anche di

piccola taglia

– Riduzione delle emissioni di CO2 in atmosfera

– Miglioramento dell’efficienza energetica negli usi finali e impiego del vettore elettrico per nuovi servizi

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Le esigenze di ricerca e di innovazione del sistema elettrico

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finali

I settori tecnologici La dimensione di sistema (integrazione di sistema)

• Elettrotecnica• Materiali• Elettronica• Processi elettrochimici• Automazione• Modellistica• …….• ICT• Biotecnologie

I task

• Progettazione• Esercizio• Monitoraggio• Diagnostica• Miglioramento delle

prestazioni • Predizione del

comportamento• ……

• Regolazione frequenza potenza

• Bilanciamento• Integrazione di sistemi

geograficamente estesi• Sicurezza del sistema

(fisica, elettrica, informatica)

• Mercato dell’energia• …….

Esigenze di ricerca e di innovazione nella produzione

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• La nuove tecnologie per la produzione da fonti rinnovabili– FV, CSP, eolico (on-shore, off-shore, energia dal mare, geotermico,

biomassa). Sostenibilità economica e «integrazione» nel sistema elettrico

• La cattura e il sequestro della CO2

– Meccanismi di cattura efficienti (pre-post combustione)

– Mitigazione dei rischi dello stoccaggio

• La flessibilizzazione degli impianti a ciclo combinato

– Fast start-up /shut down, rampa carico, ecc. Ruolo chiave per i servizi di sistema.

• L’integrazione tra produzione e consumo– sfruttamento rinnovabili e opportunità di efficienza energetica.

Esigenze di ricerca e di innovazione nellatrasmissione

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• Tecnologia di trasporto HVDC per le «autostrade elettriche»– Incremento capacità di trasporto della tecnologiaVSC

– Interruttori in DC

– Reti magliate in DC

• Nuovi conduttori per linee aeree e cavi– Conduttori ad elevata portata di corrente

• Incremento dinamico della capacità di trasporto– Dynamic line rating

– WAMS

– Dispositivi per il controllo dei flussi di potenza attiva (es., phase shifter) e del reattivo (es., SVC )

• Diagnostica dei componenti e lavori sotto tensione

Esigenze di ricerca e di innovazione neldispacciamento e controllo della rete

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• Modelli per la valutazione della sicurezza dinamica del sistema elettrico– Approccio «risk based» considerando dinamicamente le differenti

fonti di incertezza (superamento della logica N-1)

• Algoritmi per la valutazione della stabilità di sistemi di grandi dimensioni (es. oscillazioni inter area)

• Modelli per il calcolo della quantità ottima delle diverse tipologie di riserva

• Modelli per la gestione del bilanciamento anche tra diversi TSO

• Sistemi di previsione della generazione non programmabile

• Previsione e controllo della generazione distribuita

Esigenze di ricerca e di innovazione nelladistribuzione

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• Reti di distribuzione attive (smart grids)– ICT per il controllo delle risorse distribuite. Canali e protocolli di

comunicazione. Smart metering. Telecontrollo rete MT e BT– Integrazione GD, inverter. Supporto della GD al sistema elettrico– Algoritmi per il controllo e il dispacciamento delle generazione

distribuita– Automazione dell’esercizio: protezioni di rete, isolamento del guasto,

regolazione tensione, gestione in isola intenzionale, gestione «ad anello»– Cabine elettriche «multiservizi»

• Elettronica di potenza per l’esercizio della rete e la connessione

• Applicazioni della superconduttività ad alta temperatura– Limitatore di corrente SFCL, SMES

• Fornitura di servizi di sistema da parte della risorse distribuite

Esigenze di ricerca e di innovazione negliusi finali

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Mobilità elettrica• Auto elettrica• Infrastrutture di

ricarica

Usi termici• Pompe di calore per

climatizzazione ambienti

• Cottura a induzione• Riscaldamento

nell’industria• Infrarossi per

impieghi nell’industria

• Compressione meccanica del calore

Azionamenti/inverter

Sistemi di illuminazione a led

Home and building automation• Gestione della

domanda• Integrazione cliente-

rete

Sistemi in corrente continua• Microreti in CC• Distribuzione in cc

Esigenze di ricerca e di innovazione per laflessibilità del sistema elettrico

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finali

Soluzioni per incrementare la flessibilità del Sistema Elettrico

Sistemi di accumulo elettrochimico• per servizi di rete (riserva,

inerzia sintetica)• per incrementare

l’autoconsumo di energia da fonti rinnovabili

• A servizio degli usi finali (taglio picchi di potenza)

• A servizio degli impianti di produzione (fornitura servizi di rete)

Flessibilizzazione del parco di produzione esistente

Flessibilizzazione dei consumi elettrici e gestione della domanda

Incrementare l’integrazione del sistema elettrico

Flessibilizzazione della rete di trasmissione e distribuzione

Altre forme di accumulo:• Accumulo meccanico

(volani, CAES)• Accumulo

elettromagnetico (SMES)

L’atteggiamento dell’industria nazionale nel settore dell’energia nei confronti dell’innovazione

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Risultati indagine conoscitiva svolta da I-Com in collaborazione con RSERAPPORTO I-Com sull’Innovazione Energetica – Maggio 2014

Preferenza per collaborazioni con partner nazionali


Quasi il 50% del campione avvia la collaborazione con la struttura di ricerca in quanto «complementare» rispetto all’impresa


Proattività delle aziende

Collaborazione su progetto


Giudizio largamente positivo

Conclusioni

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• Il sistema elettrico ha un ruolo sempre più rilevante nel quadro energetico

• Nuove esigenze che richiedono l’integrazione di nuove tecnologie

• Garantire flessibilità al sistema elettrico agendo su tutti i segmenti (generazione, reti e domanda)

• Le opportunità della ricerca europea: occorre saperle «leggere» e coglierle

• Il sistema industriale italiano è aperto alla collaborazione con il mondo della ricerca

Grazie perl’attenzione!

[email protected]

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