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Opportunità degli studi di rete

IEESlab – http://iees.diten.unige.it

Prof. Federico SilvestroIEES - Intelligent Electric Energy Systems Laboratory

DITEN (Dipartimento di Ingegneria Navale, Elettrica, Elettronica e delle Telecomunicazioni)

Workshop “Mercati energetici e metodi quantitativi: un ponte tra Università e aziende”

GLI STUDI DI RETE COME STRUMENTO PER L'ANALISI DELLE CONGESTIONI E LA VALUTAZIONE DI OPPORTUNITÀ PER GLI IMPIANTI RINNOVABILI

DI OFFRIRE SERVIZI SUL MERCATO

Padova, 18 ottobre 2018

http://iees.diten.unige.it/

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Indice

• Introduzione ed obiettivi

• Esempio di studio di rete

• Regolazione di tensione

• Opportunità per rinnovabili: aggregazioni


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Obiettivi

• 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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Modello di rete come asset di conoscenza

❖ parametri strutturali necessari per le line

❖ definizione scenari (carichi e generazione)

❖ conoscenza regolazioni per corretta operazione


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Applicazioni

• Studi locali per produttori

• Valutazioni delle risposte della rete in termini di tensione

• Valutazione dell’inerzia del sistema

(fonte: TERNA, 2018, “Avanzamento Piani di Sviluppo Precedenti”)


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Indice






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Esempio di studio di rete

Valutazione dell’impatto delle nuove intensive installazioni di impianti eolici nel Sud Italia

(zona Puglia-Campania)

dove la concentrazione, nettamente maggiore che in altre aree, determina frequenti

sovraccarichi ed impossibilità di evacuare tutta la potenza prodotta


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IEESlab – http://iees.diten.unige.it 9

ELECTRICAL NETWORK ANALYSIS


Stato della rete attuale

*TERNA images in Italian

© ENTSOE© Terna



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https://tyndp.entsoe.eu/tyndp2018/projects/

Ten-Year Network Development Plan

by ENTSO-E:oltre 200 progetti in tutta Europa, valutati tramite Cost Benefit Analysis in base alle previsioni di sviluppo sul medio e lungo periodo

A livello nazionale, ne discendono i

PIANI DI SVILUPPO di Ternacontenenti i progetti di rinforzi strutturali della rete

TYNDP 2018 Map



https://tyndp.entsoe.eu/tyndp2018/projects/

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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

2021

THRM THRM

4.4 5.5 7.5 4.4 4.1 4.3 4.3 4.3 5.2 5.6

18.8 18.9 19.4 18.9 18.5 18.5 18.6 18.5 18.6 19.5

0.8 0.9 0.9 0.9 0.8 0.9 0.9 0.9 1.1 1.2

24 25.3 27.7 24.1 23.4 23.6 23.9 23.6 24.9 26.3

VISION 3

TYNDP

2016

VISION 1

TYNDP

2016

TERNA REF-E

2026

2030P

2021 2026

2030PAMBT AMBTTYNDP

2018

BIOMASSE

GEOTERMICO

IDRO

TOTALE

Evoluzione carico 2020 2030

Terna base scenario 316 TWh 329 TWh

Terna development scenario 322 TWh 346 TWh

(dati dai piani di sviluppo di Terna)


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Focus sulla zona interessata• OpenInfraMap.org ha mappato le linee di trasmissione Fonte: TERNA, 2016,

“Avanzamento Piani di Sviluppo Precedenti”


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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



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Analisi di sensitivitàNei 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.

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 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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Implementazione degli scenari futuri

DATI DI INPUTNei diversi scenari

CENTRALI TERMOELETTRICHE dispacciate in dettaglio

(tutti gli impianti rilevanti)

Associati singolarmente con i(l) corrispondente/i generatore/i equivalente/i nel modello di rete

IDROELETTRICOÈ definito per aggregati sub-zonali

Divisi per compagnia e tipologia (ad acqua fluente o serbatoio) in ciascuna zona

EOLICO e SOLARESono aggregati a livello zonale

produzione complessiva ripartita su distribuzione fissa di impianti, soppesandola sulle loro taglie

Altra produzioneripartita su una distribuzione fissa degli impianti,

proporzionalmente alle loro taglie

CARICHI analogamente alle rinnovabili

Ripartiti sugli attuali consumatori in proporzione alle loro taglie / delle sottostazioni AT

IMPORT / EXPORT Raggruppato per ciascuna

connessione internazionale

Ed opportunamente distribuito negli equivalenti delle reti straniere nel modello



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Indice






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Cadute di tensione

(fonte: ANIE)

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.


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Controllo Volt/VarOttimizza tensioni e potenze reattive, regolando le risorse presenti nella rete di distribuzione, con i seguenti obiettivi:

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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

Si ha controllo centralizzato dei vari dispositivi presenti sul campo:

Plant

production


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AEEGSI: Delibera 300/2017/R/eel

Prima apertura del Mercato per il Servizio di Dispacciamento (MSD) alla domanda elettrica e alleunità di produzione anche da fonti rinnovabili non già abilitate nonché ai sistemi di accumulo.Istituzione di progetti pilota in vista della costituzione del testo integrato dispacciamento elettrico(TIDE) coerente con il balancing code europeo.

• UVAP (Unità Virtuali Abilitate di Produzione)

• UVAC (Unità Virtuali Abilitate di Consumo)

su base aggregata, nel rispetto di opportuni criteri

di localizzazione geografica.

Regolazioni da generazione distribuitaIn base ai nuovi standard, le fonti rinnovabili sono sempre più chiamate a contribuire alle

regolazioni di rete


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DERMS vs VPPAggregazioni DER per consentire maggiore controllo e fornire flessibilità alla rete.

[fonte immagine TWENTIES]

Tra le 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 Resources Management Systems (DERMS) per servizi fortemente legati alla distribuzione degli elementi (regolazione di tensione, Optimal Power Flow, capacity relief, ecc)


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SGAM Smart Grid

Architecture Model


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Architettura VPPhttp://virtus-csea.itProgetto VIRTUS (Gestione VIRTUale di risorSe energetiche distribuite)


http://virtus-csea.it/

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Obiettivi scientifici e tecnologici di Virtus• Definire, realizzare e validare l’architettura di un VPP

– operante come sistema di gestione centralizzato e dotato di un ottimizzatore per valorizzare tutti gli attori coinvolti, attuando politiche win-win per clienti e aggregatori

– capace di vendere energia e servizi ausiliari sul mercato sfruttando la flessibilità dell’integrazione di generazione, accumulo e carico

– che realizzi anche interventi per l’efficienza energetica sperimentabili su siti pilota di natura industriale e terziaria

– a supporto dei concetti di transactive energy e di energy cloud orientati all’efficientamento energetico del sistema elettrico, mediante la gestione virtualizzata di DER

• Funzionalità– Ottimizzazione delle risorse disponibili e invio di set point operativi ai vari clienti inclusi nel VPP

• Soluzione commerciale – Integrazione e bilanciamento di DER

– Strumenti di gestione attiva della domanda → ruolo di service provider

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GLI STUDI DI RETE COME STRUMENTO PER L'ANALISI DELLE CONGESTIONI E LA VALUTAZIONE DI OPPORTUNITÀ PER GLI IMPIANTI RINNOVABILI

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Federico Silvestro [email protected]

IEES - Intelligent Electric Energy Systems LaboratoryDITEN (Dipartimento di Ingegneria Navale, Elettrica, Elettronica e delle Telecomunicazioni)


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