Smart Grid : stato dell’arte e prospettive di sviluppo future

Smart Grid: stato dell’arte e prospettive di sviluppo future

Ancona,17 ottobre 2014

M. Fiori, A.S.SE.M. SpA

2M. Fiori - Ancona, 17/10/2014

• Gli impianti FER in Italia al 2012 avevano una potenza complessiva di circa 47 GW a

cui corrispondono circa 92 TWh prodotti (27,1% del Consumo Interno Lordo).

La GD installata in Italia: qualche informazione

• Molti di questi impianti sono

installati nel centro e nel sud…• …e sulle reti di distribuzione

MT e BT

947.2; 6%

10388; 63%

5084.7; 31%

AT MT BT

• Il 92% degli eolici è connesso alle reti AT

150/132 kV • Per il FV, circa 900 MW sulla AT e 16.000

MW sulle reti MT e BT

2008 2009 2010 2011 2012 2020 PAN

2020 SEN

0

20,000

40,000

60,000

80,000

100,000

120,000

140,000

Idraulica Eolica Solare Geotermica Bioenergie

[GWh]


Le FRNP non sono monitorate in tempo reale (DSO-Terna): la previsione

sul breve-medio termine risulta quindi di difficile attuazione criticità su MGP e MSD

o Necessità di acquisire maggiori risorse su MSD (maggiori costi).

o Minore sicurezza di esercizio del sistema, dovuta alla diminuita capacità regolante

e inerzia della rete e all’incremento dell’errore di previsione del carico residuo.

Perché la GD complica la gestione del sistema edelle reti di distribuzione?

A livello di rete di distribuzione, se la GD supera il carico, si ha inversione di flusso.

Le reti MT/BT non sono concepite per operare in questa nuova condizione:

o problemi di gestione del SPI della GD (stabilità del sistema e isola indesiderata);

o regolazione di tensione: uno o più impianti di GD portano la tensione a valori

eccessivi (distaccati per effetto del SPI);

o incremento dell’energia persa in rete.


L’unica soluzione possibile……il passaggio alle Smart Grid

Power

Power

Generazione Diffusa [%]

€

Impatto trascurabile

Nuovi relè

ICT

Data

Power

Data

La recente normativa e regolazione nazionale fornisce dei primi esempi di evoluzione verso le Smart Grid:

Data

Del. 84/12/R/eel che approva e stabilisce le modalità applicative dell’A70 di Terna, Retrofit compreso

Del. 243/2013/R/eel che estende l’applicazione dell’A70

Del. 421/14/R/eel che approva l’A72 aggiornato e estende, con Retrofit, l’obbligo del Teledistacco GSM

Del. 344/2012/R/eel che approva l’A72 di Terna (RIGEDI)

CEI 0-16 – 2012/12Regola tecnica per la connessione di Utenti AT ed MT

CEI 0-21 – 2012/06Regola tecnica per la connessione di Utenti BT


• Smart grid, necessità di completare la rete elettrica con una rete di comunicazione

• Impiegare nuove strutture e procedure operative in grado di:

mantenere un elevato livello di sicurezza e affidabilità del sistema;

migliorare la gestione della GD e il controllo del carico;

promuovere l’efficienza energetica e il coinvolgimento degli utenti finali nel mercato.

L’unica soluzione possibile……il passaggio alle Smart Grid

Il progetto pilota Smart Grid di A.S.SE.M.

Attività:• distribuzione dell'energia elettrica;• distribuzione gas metano;• gestione del servizio idrico integrato;• gestione pubblica illuminazione.

Estensione del territorio : 193 chilometri quadrati;Numero di Utenti E.E. : 8178;Potenza : 43 MW.

GD (FV, Idro, Eolica) : 353 unità; Potenza : 28 MW.


Il progetto pilota Smart Grid A.S.SE.M.Motivazioni e finalità

Scambi in Cabina Primaria – Settembre 2013


• incremento dell’affidabilità del SPI della GD mediante telescatto con

logica fail-safe;

• gestione dei guasti con selettività logica tra CP e Centro Satellite;

• telecomando IMS lungo linea;

• regolazione della tensione con logica centralizzata;

• monitoraggio innovativo buchi di tensione Del. ARG/elt 198/11;

• limitazione/modulazione in emergenza della potenza attiva;

• monitoraggio/controllo delle iniezioni da GD da parte del

DSO/TSO.

Il progetto pilota Smart Grid A.S.SE.M.Motivazioni e finalità

Comunicazione mediante fibra ottica, Wi-Fi e rete mobile


Il sistema di comunicazione

• Rete mobile 3G• Wi-Fi• Fibra ottica

Impianto Vettore

UA 1 Fibra otticaUA 2 Rete mobile + Wi-FiUA 3 Rete mobile + Wi-FiUA 4 Fibra otticaUA 5 Fibra otticaUA 6 Fibra otticaUA 7 Fibra otticaUA 8 Fibra otticaUA 9 Rete mobile + Wi-FiUA 10 Rete mobile + Wi-FiUA 11 Rete mobile


Il progetto pilota Smart Grid A.S.SE.M.Architettura del sistema

Il sistema si sviluppa su 3 livelli logici della sottostazione estesa delprotocollo IEC 61850:

• Livello 1: Livello di Cabina Primaria• Livello 2: Livello delle Cabine del Distributore e di Smistamento• Livello 3: Livello dell’Utente Attivo

10M. Fiori - Ancona, 17/10/2014

Il progetto pilota Smart Grid A.S.SE.M.Gestione SPI mediante telescatto con logica fail-safe

CP

DDI

UT.2

RICH. KO

APRE0 MW

1 MW 1 MW

1 MW

PC PG

RICHIUDE

PGD = 2 MW

PC = 2 MWRete in isola!!!

53

50 49 51

47

Hz

SPI

51,5 Hz

47,5 Hz

Senza sblocco voltmetrico

1 MW

APRERICHIUDE

SPI

51,5 Hz

47,5 Hz

Vd<

V0>

Vi<

SPI

50,3 Hz

49,7 Hz

Vd<

V0>

Vi<

50

0 MW

51 49

Hz

CP

DDI

UT.2

1 MW 1 MW

1 MW

PC PG

PGD = 2 MW

PC = 2 MW

53 47

Con sblocco voltmetrico

1 MW

RICH. OK

11M. Fiori - Ancona, 17/10/2014

Il progetto pilota Smart Grid A.S.SE.M.Gestione SPI mediante telescatto con logica fail-safe

Nel Progetto è implementata una logica di intervento del SPI basata su soglie restrittive/permissive, gestita con lo scambio di segnali IEC 61850 (telescatto/keep-alive) tra DSO e Utente.

APRERICHIUDE

SPI

51,5 Hz

47,5 Hz

Vd<

V0>

Vi<

50

0 MW

51 49

Hz

CP

DDI

UT.2

1 MW 1 MW

1 MW

PC PG

PGD = 2 MWPC = 2 MW

53 47

Progetto Smart Grid

1 MW

RICH. OK

Rispetto alla soluzione con sblocco voltmetrico:• distacco dell’Utente più affidabile (non più basato su soglie di intervento locali);• separazione della GD assicurata anche su apertura intenzionale dell’int. di linea MT;• si evita il distacco accidentale della GD in presenza di guasti su feeder adiacenti e di

perturbazioni di frequenza.

12M. Fiori - Ancona, 17/10/2014

Il progetto pilota Smart Grid A.S.SE.M.Selettività logica tra protezioni di linea MT

In presenza di guasto a valle del Centro Satelline A.S.SE.M. (cabina MT/MT):• le protezioni MT in CSM Contro inviano un messaggio di inibizione (selettività logica)

alle protezioni a monte (CP Colotto);• dopo l’eventuale ritardo intenzionale impostato, la protezione in CSM Contro apre ed

invia il messaggio di telescatto alla GD a valle.

Entrambe le funzionalità sono assolte mediante messaggi IEC 61850 GOOSE.

13M. Fiori - Ancona, 17/10/2014

Il progetto pilota Smart Grid A.S.SE.M.Algoritmo di regolazione centralizzata della tensione

Le iniezioni di potenza reattiva delle unità di GD sono controllate in tempo reale, al fine di regolare i profili di tensione lungo le linee della rete. L’algoritmo agisce anche sul VSC dei trasformatori AT/MT, per coordinarne il funzionamento con la GD.

Azioni di controllo cicliche (temporizzate), basate sulle seguenti fasi:1. acquisizione delle misure;2. stima dello stato del sistema;3. attuazione logica di regolazione;4. invio dei comandi al campo.

Obiettivo: mantenere le tensioni minime e massime sulla rete MT entro l’intervallo consentito (es. 0,96-1,09 p.u.) e ridurre il numero di manovre del VSC.

14M. Fiori - Ancona, 17/10/2014

Il progetto pilota Smart Grid A.S.SE.M.Partecipazione ai piani di difesa

Per garantire la sicurezza di esercizio del SEN (contrastare situazioni di riduzione

della capacità regolante), la Norma CEI 0-16 e la Del. 421/14/R/eel

hanno prescritto la possibilità di ridurre la produzione della GD (impianti FV e

eolici con potenza 100 kW) mediante distacco temporaneo del generatore della

rete comandato dal DSO.

«Nella prospettiva delle smart grid», la norma CEI 0-16 prescrive l’invio di

telesegnali, con riduzione parziale o totale della produzione, tramite un sistema di

comunicazione «always on»

Il progetto A.S.SE.M. prevede:

• il distacco della GD mediante vettore GSM/GPRS (obbligo normativo);

• il distacco della GD mediante segnale in protocollo IEC 61850

(uso del vettore dati condiviso, quindi non è richiesto alcun modem aggiuntivo!);

• la modulazione della potenza attiva della GD in protocollo IEC 61850

(in prospettiva, la soluzione di regime, in accordo alla CEI 0-16).

15M. Fiori - Ancona, 17/10/2014

Il progetto pilota Smart Grid A.S.SE.M.Sistema di monitoraggio della QoS Del. ARG/elt 198/11

Il Progetto è stata integrato con la sperimentazione di una architettura innovativa per il monitoraggio e il riconoscimento dell’origine dei buchi di tensione MT.

Gli avviamenti delle protezioni di CP sono acquisiti per verificare il passaggio di sovracorrenti durante il manifestarsi di un buco di tensione. IEC 61850

Protezioni monitorate:• maxI di fase e direzionali di

terra linee MT;• maxI di fase MT

trasformatore;• maxV omopolare sbarra MT;• maxI di fase AT trasformatore;• maxI di fase montante AT

(predisposizione).

16M. Fiori - Ancona, 17/10/2014

Il progetto pilota Smart Grid A.S.SE.M.Quali benefici per l’Utente?

A motivare un’evoluzione verso le Smart Grid non sono solo le esigenze di

esercizio dei Gestori di Rete e di Terna, ma anche le rinnovate necessità di un

migliore servizio per l’Utente, in ragione dei suoi bisogni in continua evoluzione.

Alcuni dei benefici delle Smart Grid (attuali & prospettici) per l’Utente:

• Migliore continuità di esercizio (selettività logica; regolazione di tensione).

• Migliore qualità della tensione (regolazione di tensione).

• Riduzione della probabilità di black-out (gestione evoluta SPI:

soglie permissive).

• Riduzione della probabilità di danni ai generatori rotanti in caso di

intervento della protezioni del DSO (gestione evoluta SPI: telescatto).

• Maggiore sicurezza per le persone (no isola indesiderata).

• Modulazione in tempo reale della produzione, invece che distacco orario

(comunicazione IEC 61850).

17M. Fiori - Ancona, 17/10/2014

Alcune considerazioni in merito alla sperimentazioneSistema di comunicazione

Protocollo IEC 61850• Protocollo diffuso in applicazioni elettriche a livello europeo.• Già contemplato dalla normativa nazionale (CEI 0-16). • Necessità di definire una profilazione protocollare condivisa!

Wi-Fi• Costi realizzativi ridotti.• Efficace su distanze (7-8 km).• Visibilità diretta tra le antenne.

Fibra ottica • Vettore veloce e affidabile.• Reperibilità sul mercato.• Costi di fornitura e posa contenuti con opere idonee ad ospitare la

fibra (tralicci, condutture, ecc.).• Particolarmente adatto per la selettività logica.

18M. Fiori - Ancona, 17/10/2014

Alcune considerazioni in merito alla sperimentazioneSistema di comunicazione

Rete mobile 3G• Vettore di comunicazione flessibile.• Possibili problematiche di copertura dei siti.• Complicazioni dovuti alla necessità di realizzare una VPN tra i siti del

DSO e gli Utenti Attivi.• Oltre all’investimento iniziale, canone annuo di utilizzo del servizio.

In prospettiva: canali di comunicazione condivisi tra più siti

(CS, Utenti). Riduzione degli oneri della comunicazione!

Nella sperimentazione: costi legati alla comunicazione piuttosto elevati

(14% dell’investimento complessivo).

Deployment sistema di comunicazione

19M. Fiori - Ancona, 17/10/2014

Alcune considerazioni in merito alla sperimentazioneReperibilità degli apparati innovativi

Necessari apparati innovativi, non reperibili sul mercato.

Quadro normativo in continua evoluzione: molte delle funzionalità e degli

apparati dell’Utente richiesti nel Progetto sono stati normati nei recenti

aggiornamenti alle norme CEI 0-16 e CEI 0-21.

1. alcuni apparati non lo sono ancora (interfaccia 61850

con il DSO, controllore centrale di impianto);

2. altri apparati richiedono modifiche/integrazioni alla

norma vigente (ad es., gestione evoluta SPI).

Tuttavia..

Impatto sulle tempistiche e sui costi di sviluppo del Progetto

20M. Fiori - Ancona, 17/10/2014

Sviluppi in ambito normativo (Allegato O alla CEI 0-16)Il Controllore Centrale di Impianto

Controllore Centrale di Impianto: apparato atto a coordinare il funzionamento dei

diversi elementi dell’impianto dell’Utente affinché l’impianto stesso operi,

nel suo complesso, in modo da soddisfare le richieste del DSO al

Punto di Consegna Generatore equivalente

Funzionalità:• fornire al DSO la capability

equivalente dell’impianto;• partecipare alla regolazione

della tensione; • limitare la potenza attiva su

comando del DSO;• avviare l’impianto con presa di

carico a gradiente specificato;• coordinare il funzionamento di

GD e storage.

21M. Fiori - Ancona, 17/10/2014

Prospettive futureModelli di dispacciamento per le risorse locali (GD)

• Dispacciamento Centralizzato Esteso (Modello 1) è effettuato a livello

centrale nella responsabilità del TSO e l’utente (UP convenzionale e FRNP) è

responsabile della presentazione di offerte sul MSD (direttamente, come

singola UP, o tramite un eventuale trader).

• Dispacciamento Locale del DSO (Modello 2) è effettuato a livello locale dal

DSO che è responsabile nei confronti del TSO della presentazione di offerte

sul MSD acquistando la capacità tramite un mercato locale a cui partecipa la

GD (direttamente o per il tramite di un trader).

• Profilo di scambio AT/MT Programmato (Modello 3) è effettuato a livello

centrale dal TSO coinvolgendo le sole unità connesse alla RTN, mentre il DSO

è responsabile di mantenere, nel tempo reale, lo scambio di energia con la

RTN il più possibile simile a quello definito in fase di programmazione.

22M. Fiori - Ancona, 17/10/2014

Qualche spunto di riflessione

• Su impulso della crescente diffusione della generazione da FRNP,

i sistemi elettrici stanno rapidamente evolvendo verso le Smart Grid.

• La normativa e regolazione nazionale di riferimento sta contribuendo a

fornire una notevole spinta in tale direzione (Del. 84/12/R/eel; Del.

421/14/R/eel; Allegati CdR A.70 e A.72; CEI 0-16; CEI 0-21; Del. ARG/elt

199/11; DCO 354/2013/R/eel).

• Il progetto pilota A.S.SE.M. (insieme alle altre sperimentazioni Smart Grid 39/10) hanno mostrato differenti soluzioni tecnologiche ed indirizzeranno lo sviluppo estensivo delle Smart Grid in Italia. La capacità di reazione mostrata dal sistema Italia rispetto alla tempesta in atto ha condotto a una situazione di assoluta avanguardia.

• Ci si sta muovendo verso un nuovo ruolo delle imprese di distribuzione nella gestione delle reti con massiccia presenza di Generazione Distribuita dispacciamento locale?

Fine

Grazie per l’attenzione

[email protected]

www.assemspa.it

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