Distribuzione Elettrica: dalla rete passiva alla rete attiva Roberto Caldon Università di Padova.
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Distribuzione Elettrica: dalla rete passiva alla rete attiva
Roberto Caldon
Università di Padova
Struttura attuale del sistema elettrico
Centrale ElettricaTransformatore
di Distributione
Sottostazione
Commerciale
Industriale Commerciale Gr. ContinuitàResidentiale
Reti elettriche di distribuzione
Rete tradizionale BTRete odiernaRete di domani ?
Situazione della rete di distribuzione
• In Italia il sistema di distribuzione è di primario livello; nel corso degli anni ha raggiunto una notevole affidabilità e una qualità del servizio eccellente, grazie anche a recenti interventi come ad es. l’adozione del neutro compensato, il telecontrollo e l’automazione delle reti.
• L’eventuale decisione di operarvi modifiche non è dovuta a ragioni tecniche contingenti, quanto piuttosto a scelte atte ad incentivare, ad esempio, lo sfruttamento di fonti rinnovabili per il conseguimento degli obiettivi di Kyoto e dalle direttive dell’UE.
Perché la Generazione Distribuita ?
• convenienza energetica derivante dalla cogenerazione; • necessità di integrare le capacità di trasporto della rete;
• possibilità di sfruttare risorse energetiche disperse altrimenti non utilizzabili;
• (presenza di incentivazioni).
Altri motivi della possibile diffusione
– E’ più facile la localizzazione di piccoli impianti;
– La co-generazione di piccola taglia può essere sfruttata con reti termiche poco estese ed economiche (e il gas naturale è distribuito quasi ovunque);
– La GD richiede tempi brevi di installatione;
– La liberalizzazione del mercato dell’energia elettrica contribuisce a creare nuove opportunità;
– I costi della T&D sono cresciuti mentre quelli della GD si sono ridotti.
Nuove strutture e nuove funzioni
• Connettività fra produttori e carichi
• Distributori forniscono servizi aggiuntivi o di sistema
• Flessibilità nella produzione e nella domanda(responsive loads)
Generazione Distribuita: possibile Impatto sulla rete
Incremento dei livelli di corrente di cortocircuito e la perdita di selettività delle protezioni;
Possibile presenza di transitori elettromeccanici e fenomeni di instabilità dinamica dei generatori rotanti.
Possibile formazione di “isole indesiderate”
Difficoltà del mantenimento dei profili di tensione al variare dei flussi immessi in rete (regolazione della tensione);
Può causare la degradazione della qualità del servizio, in particolare:
Rete
Contributo alla corrente di corto-circuito
• I Generatori contribuiscono alla corrente di corto-circuito
Selettività
Rete
Difficoltà a rendere selettiva l’azione delle protezioni in presenza di Generazione Distribuita
La regolazione della tensione
MT/BT Cab.Secondarie
130/20kV Cab. Primaria
AVR
Tensione
Limiti consentiti
Regolazione tramite
AVR
P Q
Dopo l’apertura dell’interruttore di linea, una porzione di rete
rimane alimentata dalla Generazione Dispersa
Formazione di “isole indesiderate”
DG
AT
MT
DG
Parti di rete in Isola
-nel breve termine:
Problema di una protezione affidabile contro la perdita di rete
-nel lungo termine:
Problema del controllo/protezione della rete resa attiva dalla GD
Questioni aperte:
Innovazioni richieste dalla presenza di GD
- Configurazione Radiale
Rete Attiva
Rete Passiva
- Bassa penetratione DG
- Alta penetratione DG - Automazione sofisticata
- Possibilità Plug & Play per DG
- Nuove configurazioni di rete
SCADA attuale
Comunicazioni bidirezionali
locali e di sistema
Integrazione di due infrastrutture
Central GeneratingStation
Step-Up Transformer
DistributionSubstation
ReceivingStation
DistributionSubstation
DistributionSubstation
Commercial
Industrial Commercial
Gas Turbine
RecipEngine
Cogeneration
RecipEngine
Fuel cell
Micro-turbine
Flywheel
Residential
Photovoltaics
Batteries
Residential Data Concentrator
Control Center
Data network Users
2. Information Infrastructure
150 kV
60 kV 60 kV 60 kV
10 kV 10 kV 10 kV
60 kV 60 kV
60 kV
10 kV
10 kV 60 kV
10 kV
60 kV
150 kV
Input Output
ControlloreRete attiva
Definizione di “distribuzione attiva”
• Una rete di distribuzione è attiva se il gestore della rete controlla e/o regola la potenza assorbita o generata da carichi e generatori, la tensione ai nodi ed i flussi di potenza nei rami della rete– Non tutte le funzioni devono essere presenti– Abbandono della politica del “connect and forget”
• Approccio probabilistico nel dimensionamento e nella gestione delle connessioni.
Criticità delle reti attive
- Reti maggiormente interconnesse:• per accogliere il maggior numero di generazioni distribuite, una rete di
distribuzione dovrebbe essere maggiormente interconnessa.
– Effetto Domino: • ma una rete di distribuzione fortemente interconnessa rischia di dar luogo a
pericolosi effetti di diffusione dei guasti e dei malfunzionamenti che possono compromettere il servizio in aree molto vaste.
– Correnti di guasto• la magliatura delle reti determina sempre un forte incremento delle correnti
di corto circuito. Servono nuove protezioni o limitatori.
– Power Quality• l’aumento dell’ampiezza della corrente di corto circuito porta a buchi di
tensione più profondi e ad aree di influenza maggiormente estese. Per scongiurare la possibilità di un forte degrado della qualità della tensione è necessario pianificare le reti di distribuzione considerando tali aspetti in modo esplicito.
Necessità di sviluppare nuove tecnologie e nuove strategie di controllo / gestione
R&S delle reti attive: (UK)
• Impiego di (Distribution Management System) per la gestione integrata della rete e della GD
R&S delle reti attive: (Danimarca)
R&S delle reti attive: “Self-healing” networks (Intelligrid EPRI-EDF)
R&S delle reti attive: Le microreti capaci di autosussistenza (EPRI)
Microgrids
Potenza anche in caso di perdita di risorse distribuite nella microgrid; Vendita alla rete di eventuali eccessi di produzione;
Permettono di alimentare durante i guasti la totalità o un sottoinsieme degli utenti (isola intenzionale).
Conclusioni• Le reti di distribuzione MT e BT non sono progettate per la
integrazione di GD• La presenza diffusa della GD può creare problemi e limitare
l’affidabilità dell’attuale sistema di distribuzione• Bisogna modificare le modalità di controllo e i criteri di esercizio
delle reti (protezioni, regolazione della tensione, ecc.,)• La trasformazione del sistema di distribuzione verso scenari futuri
in cui non si pongano barriere ed ostacoli alla penetrazione della GD richiede notevoli investimenti e potrà avvenire solo sotto la spinta di una chiara indicazione politica e il coinvolgimento dei soggetti interessati.
• Molti paesi (soprattutto in Europa) stanno affrontando il problema; a questo fine molte imprese stanno investendo nello sviluppo di nuove tecnologie in particolare l’integrazione di ICT e di Automazione.
Domande
• Il nostro paese che cosa intende fare ?
• Esistono regole certe e chiari scenari di sviluppo ?