Maurizio Delfanti Politecnico di Milano - Dipartimento di Energia

1. Maurizio Delfanti Politecnico di Milano - Dipartimento di Energia Smart grid: le prospettive in Italia e il ruolo dell’accumulo

2. Outline • Situazione attuale in Italia e in Europa: • problemi di gestione delle reti di distribuzione • Evoluzioni future: • verso le smart grid • Esperimenti in corso: • la Delibera ARG/elt 39/10: il ruolo dell’accumulo • Sistemi di Accumulo dell'energia: • tipologie di utilizzo e opportunità per il sistema

3. Situazione attuale delle reti e prospettive di evoluzione • Sviluppo iniziale dei sistemi elettrici basato su forme di generazione centralizzata: energia elettrica prodotta in impianti di grande potenza unitaria (centrali elettriche, reti di trasmissione) • Sfruttamento di fonti energetiche rinnovabili (FER)diffuse sul territorio reso necessario dalla crescente attenzione per le problematiche ambientali (obiettivi EU al 2020) • LaGenerazione Diffusa (GD):si interfaccia con la rete di distribuzione, in media tensione (MT) o in bassa tensione (BT) • Le attuali modalità di protezione, controllo, gestione della rete di distribuzione MT/BT non sono più adeguate: serve una vera e propria • RIVOLUZIONE CONCETTUALE • Far evolvere le reti di distribuzione è l’unica via per lo sfruttamento reale delle FER SMART GRID

4. Il contesto europeo e quello italiano: T&D • In Europa: reti di T&D sviluppate (mediamente) meglio che nel resto del mondo, compresi gli USA • In Italia: reti di T&D sviluppate meglio che nel resto d’Europa (come in Francia) • La rete AT italiana è già SMART(ENEL, poi GRTN/TERNA) • La rete MT italiana è tra le più SMART d’Europa! • Smart Metering: altrove (EU) si sperimenta, in Italia33 milioni di contatoriintelligenti in campo • Automazione (con ICT, pur ridotto): in IT 100000 nodi di rete MT automatizzati • È importante valutare quali sono però le barriere tecnologiche e regolatorie

5. Outline • Situazione attuale in Italia e in Europa: • problemi di gestione delle reti di distribuzione • Evoluzioni future: • verso le smart grid • Esperimenti in corso: • la Delibera ARG/elt 39/10: il ruolo dell’accumulo • Sistemi di Accumulo dell'energia: • tipologie di utilizzo e opportunità per il sistema

6. SMART GRID:a basket withmanyballs (Carnegie Mellon University) • The 'smart grid' is commonly presented as an indispensable part of the future power system. • It is claimed that a true liberalized electricity market with a high penetration of distributed generation will only be able to supply a high degree of power reliability if grids are made smart. • But what exactly is a 'smart grid'? A smart grid is neither a clearly defined single concept nor a single technology. • It is like a basketcontaining various combinations of balls: the context and the interpretation depend upon the user. • Some of them represent innovations that are still in the developmentphase… • …while others stand for technologies which have already been applied for years.

7. Generazione Diffusa:l’impatto prospettico sulle reti Power Data Power Data € Data Power ICT New protections Negligible impact DG penetration [%]

8. Inversione di flusso: criticità legate alle protezioni Inversione di flusso: la potenza attiva fluisce dalla rete MT verso la rete AT Criticità legate alleprotezionie all’automazione di rete hanno crescente incidenza sulle reti (e sulle linee) in cui il flusso di potenza, per almeno una data percentuale delle ore annue di funzionamento, si inverta. … … … … • A livello di interfaccia AT/MT (CP): • possibile degrado delle prestazioni • per gli utenti sottesi all’intera CP • A livello di singola linea MT: • possibile degrado delle prestazioni per • gli utenti sottesi alla specifica linea MT

9. Come si comporta oggi la GD:fit & forget, Sistema di Protezione di Interfaccia I generatori connessi alla rete MT/BT sono dotati di un dispositivo che disconnette l’impianto in caso di problemi sulla rete, comandato dal SPI. Il Sistema di Protezione di Interfaccia (SPI): è un relé che dispone esclusivamente diinformazioni di tipo locale. • diversi utenti sono soggetti a scatti intempestivi del SPI • per quanto sensibili siano le regolazioni, il SPI non può distaccare la GD se Pc~Pg • in emergenza RTN la GD viene distaccata, aggravando il fenomeno: • blackout 2006:persi 2000 MW di GD in rete • quanta GD in rete al 2020 siamo disposti a perdere?

10. Le nuove regole tecniche di connessione alle reti:la GD riceve segnali dal DSO Le RTC per reti MT (Norma CEI 0-16; Del. ARG/elt 119/08) hanno introdotto per la prima volta lo scambio di segnali tra DSO e Unità di GD La Norma BT in corso di elaborazione (CEI 0-21) e in vigore dal 2012 prevede: • novità per il SPI • comando di telescatto • capacità di riceveresegnali su protocollo serie CEI EN 61850 • richieste alla GD di “servizi di regolazione” per la rete • regolazione locale di tensione • limitazione di potenza attiva erogata

11. Smart grid e utenti attivi:il DM 5 maggio 2011 (IV Conto Energia)

12. Outline • Situazione attuale in Italia e in Europa: • problemi di gestione delle reti di distribuzione • Evoluzioni future: • verso le smart grid • Esperimenti in corso: • la Delibera ARG/elt 39/10: il ruolo dell’accumulo • Sistemi di Accumulo dell'energia: • tipologie di utilizzo e opportunità per il sistema

13. Incremento dell’affidabilità del SPI Regolazione della tensione MT (mediante le Unità GD) Limitazione/modulazionein emergenza della potenza attiva Monitoraggio/controllo delle iniezioni da GD verso TERNA Funzionamentoattivo del lato AT della CP Gestione ottimizzata dei profili di carico e generazione mediante sistemi di storage I progetti pilota Del. 39/10: evoluzione proposta

14. Smart grids: i primi progetti pilota in Italia (Del. 39/10) • Il progetto di ENEL Distribuzione è l’unico a prevedere un sistema di accumulo (associato a ricarica veicoli elettrici e generazione fotovoltaica):ha conseguito il maggior punteggio tecnico (96/100) • Il Politecnico di Milano - Dipartimento di Energia – ha svolto la funzione di advisor per sei delle otto iniziative selezionate.

15. Smart Grid:sistemi di comunicazione e segnali da scambiare • Sistemi di comunicazione • Rete internet: non necessita di supporti dedicati ed è già diffusa sul territorio • Reti Wi-FieWi-Max: supporti dedicati, bande libere o proprietarie • Sistema PLC: già utilizzato sulla RTN • Fibra ottica: nuovi sviluppi rete, non utilizzabile nel breve su reti esistenti • Segnali da scambiare tra CP e GD e tempistiche • INTERTRIP: comando di scatto del SPI inviato dal relè in CP al SPI • della GD a seguito di comando di apertura del relè in CP (centinaia di ms) • KEEP ALIVE: senza rete ICT il SPI restringe le soglie di intervento (1 s) • REG V: modulazione della potenza reattiva (decine di secondi) • LIMITAZIONE P: modulazione della potenza attiva (minuti) • Altre applicazioni smart (pricing, ecc) …

16. Sviluppo delle Smart grid:il Dlgs 28/11 Art. 18 (Interventi per lo sviluppo della rete di distribuzione) 1. Ai distributori di energia elettrica che effettuano interventi di ammodernamento secondo i concetti di smart grid spetta una maggiorazione della remunerazione del capitale investito per il servizio di distribuzione, limitatamente ai predetti interventi. I suddetti interventi consistono prioritariamente in sistemi per il controllo, la regolazione e la gestione di carichi e produzioni, ivi inclusi i sistemi di ricarica di auto elettriche. 2. L’Autorità per l’energia elettrica e il gas provvede alla definizione delle caratteristiche degli interventi … e assicura che il trattamento previsto tenga conto dei seguenti criteri: a) indicazioni delle Regioni territorialmente interessate agli interventi; b) dimensione del progetto di investimento (utenze attive coinvolte, sistemi di stoccaggioed effetti sull'efficacia ai fini del ritiro integrale dell'energia da GD e fonti rinnovabili); c) grado di innovazione del progetto, in termini di capacità di aggregazione delle produzioni distribuite finalizzata alla regolazione di tensione e all’uniformità del diagramma di produzione, di impiego di sistemi avanzati di comunicazione, controllo e gestione; d) rapidità di esecuzione ed entrata in esercizio delle opere.

17. Outline • Situazione attuale in Italia e in Europa: • problemi di gestione delle reti di distribuzione • Evoluzioni future: • verso le smart grid • Esperimenti in corso: • i progetti Smart Grid (Del. ARG/elt 39/10) • Sistemi di Accumulo dell'energia: • tipologie di utilizzo e opportunità per il sistema

18. Del. ARG/elt 39/10 – Det. n. 7/11Sistemi di Accumulo dell'energia elettrica Tra i benefici attesi dall'implementazione dei progetti dimostrativi: • Previsione di un sistema di storage in particolare in combinazione con fonti rinnovabili intermittenti o con installazioni di ricarica, anche bidirezionale, di veicoli elettrici,o un sistema di controllo congiunto di produzione da fonti rinnovabili e di produzione tradizionale o di carichi tale da assicurare un profilo netto di immissione regolare e prevedibile. • Elementi qualificanti: • integrati con fonti rinnovabili non programmabili; • integrati con stazioni di ricarica di veicoli elettrici; • integrati con meccanismi di partecipazione al mercato dei servizi di dispacciamento.

19. Sistemi di Accumulo dell'energia elettricaPossibilità di impiego I SdA possono favorire l’integrazione delle risorse di carico/generazione presenti sulle reti di distribuzione/trasmissione nel sistema elettrico: aumentare la prevedibilità di ciascuna unità di GD (p.e., impianto FV + SdA in MT/BT detenuto dal Produttore); aumentare la Hosting Capacity delle reti di distribuzione (p.e., SdA in MT detenuto dal DSO lungo linea o in Cabina primaria); aumentare la Hosting Capacity del sistema elettrico nazionale (p.e., SdA in AT/MT detenuto dal TSO/DSO).

20. A. Sistemi di Accumulo per l'incremento della prevedibilità della GD Se accoppiato alla GD, un SdA può compensare, nel tempo reale, lo scostamento del profilo di immissione della GD da quello previsto. • D.M. 6 agosto 2010 (Conto Energia 2011-2013): • incentivazione dei "sistemi con profilo di scambio prevedibile" •  errore di previsione (effettuata il giorno prima) limitato entro il 10% della produzione prevista per il GFV per 300 giorni all’anno.

21. B. Sistemi di Accumulo per l’incremento della Hosting Capacity delle reti di distribuzione Se la GD è superiore alla HC del nodo di connessione il DSO è obbligato a introdurre interventi strutturali in rete:  impatto sulle tempistiche per l’accoglimento delle richieste di connessione • In prospettiva, iter di connessione più rapidi, a patto che: • l’utente accetti una temporanea decurtazione della produzione, oppure • la GD sia accoppiata a un SdA capace di scongiurare la mancata produzione.

22. C. Sistemi di Accumulo per l'incremento della Hosting Capacity del sistema elettrico nazionale SdA connessi in AT o MT (Cabina Primaria, RTN) possono aumentare la capacità di accoglimento di GD da parte del sistema elettrico nazionale:  Incremento della dispacciabilità delle risorse di generazione (e di carico) sottese alla rete di distribuzione • Prevedibilità dei profili di scambio delle CP (minori margini di riserva rotante, più efficiente selezione del parco di generazione, ecc.). • Programmabilità dei profili della distribuzione (capacità di ovviare ai limiti posti dalle congestioni in AT  evitare la mancata produzione da FER).

23. C. Sistemi di Accumulo per l'incremento della Hosting Capacity del sistema elettrico nazionale SdA per l’incremento della prevedibilità dei profili di scambio di CP con significativa Generazione Diffusa installata Una prima analisi: • Taglia SdA: • 1 MW – ½ MWh • Trafo AT/MT: 16 MVA • Picco di carico: 5 MW • GD (=FV) oltre i 2 MW • Errore tollerato: • 1% dei profili dichiarati Prestazioni elevate del SdA a patto di adottare orizzonti di previsione limitati (es. un'ora).

24. Sistemi di Accumulo: quali prospettive? • I SdA possono trovare impiego crescente sul sistema elettrico, in concomitanza con l’affermazione delle FER/GD: • SdA di piccola/piccolissima taglia possono aumentare la prevedibilità di ciascuna unità di GD, come già sta accadendo in Germania (moltissimi impianti FV in Bassa Tensione, + SdA per mitigare gli impatti sulla rete e sul sistema); • SdA di taglia da qualche MW aumentano la prevedibilità/controllabilità di più unità di GD sulla rete di distribuzione MT (…ma serve un diverso quadro regolatorio per MSD); • SdA di grande/grandissima taglia (sulla RTN) consentono un migliore governo del sistema elettrico in presenza di quantità massicce di GD • L’incremento della presenza dei veicoli elettrici metterà a disposizione una forma di accumulo elettrico distribuito sul territorio…… e a basso costo?

25. GRAZIE PER L’ATTENZIONE! • Maurizio Delfanti • Dipartimento di Energia • Politecnico di Milano maurizio.delfanti@polimi.it • http://www.energia.polimi.it