Scenari futuri della produzione e distribuzione dell’energia: le smart grid

Carlo Alberto Nucci Università di Bologna -‐ DEI Scenari futuri della produzione e distribuzione dell’energia: le smart grid

“Ridurre i cos+ energe+ci in azienda: dagli scenari ai meccanismi di incen+vazione”

Workshop


Sommario 1. Dalla rete ele9rica tradizionale alla smart grid

2. Perché è necessaria la smart grid

3. Smart grids come ‘enabler’ delle smart city

4. AEvità nel campo delle smart grid presso il Laboratorio sistemi ele9rici di potenza del DEI -‐ Università di Bologna


130kV/20kV

400kV/130kV

20kV/400V

UHV network

HV network

ReH MT/BT

Load

GeneraHon

La rete ele(rica “tradizionale”


Anche la rete ele9rica tradizionale è ‘smart’

La rete ele(rica “tradizionale”


La Smart Grid

!Smart grid – Europe Technology PlaRorm

h9p://www.smartgrids.eu/


Potenza ele(rica installata in Italia

Potenza efficiente degli impian; ele(rici di generazione in Italia al 31.12.12


Adattato da D. Chiaroni, Energy & Strategy Group – Politecnico di Milano, FORUM-PA, Milano, Feb 12, 2013

Andamento della potenza connessa in Italia

Fotovoltaico


Potenza eolica installata per anno nel mondo

Da WWEA – World Wind Energy Associa+on

Eolico

Transforming the global energy mix: The exemplary path to 2050/2100 – Source WBGU, 2003

Energy mix del futuro?


130kV/20kV

400kV/130kV

20kV/400V

UHV network

HV network

ReH MT/BT

Load

GeneraHon

DG

DG

DG

Smart Grid

Impa9o delle Generazione Distribuita


1. Inversione di flussi di potenza à •  Limi+ di transito •  Alterazione profili di tensione sulle linee •  Malfunzionamento protezioni 2. Aleatorietà delle fonH rinnovabili à •  Necessità di sorgen+ di accumulo •  Ges+one ancora più ‘intelligente’ del sistema, e

ampio uso di ICT

3. Impiego di fonH rinnovabili à •  uso di conver+tori (e non generatori sincroni) e

quindi perdita di inerzia e di stabilità

Perché deve essere Smart

Courtesy of M. Merlo – Politecnico di Milano, Italy

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Perc

entu

ale

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tale

Potenza Installabile [MW]

Limi+ di transito

Variazioni rapide limitate al 6%

Variazioni lente di tensione

Nessun vincolo violato

www.autorita.energia.it/docs/09/025-09arg.htm > Allegato A > Allegato 2

Perché deve essere Smart


La smart gid sarà uno dei principali ‘enabler’ delle smart city

Courtesy of Dr. P. Mancarella

It is not only about electricity

La smart gid sarà uno dei principali ‘enabler’ delle smart city


Importanza dell’accumulo


Sommario 1. Dalla rete ele9rica tradizionale alla smart grid 2. Perché è necessaria la smart grid 3. Smart grids come ‘enabler’ delle smart city



Measurements (e.g. PMUs)

Management of genera;on, storage and compensa;on resources, with voltage amplitude profiles, lines overload and

losses minimiza;on constraints

µgrid at CESI, Milan


Measurements (e.g. PMUs)



00

HV network

CUB1 CUB2

CP

01 04

10

08

Linea 2Porzione di rete

passiva

Linea 1Porzione di rete con GD

Tensione

al nod

o [p.u.]

0,90

0,95

1,00

1,05

1,10

1,15

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Scenario 5 linea 1

Scenario 5 linea 2

Limite sup

Limite inf

Distanza da CP

Linea 1 (configurazione a]va)

Linea 2 (configurazione passiva)

Vmax = 1,05 p.u.

Vmin = 0,95 p.u.




PMU – phasor measurement units


800

m c

able

line

External transmission network

BR1

BR1-‐GT1

BR-‐ST

BR1-‐GT2

BR2-‐GT1 BR2-‐GT2

PMU3

PMU2

PMU1

Management of inten;onal and non inten;onal islanding opera;on of ac;ve distribu;on gridsGent

0.16

0.17

0.18

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-‐1200

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-‐400

-‐200

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Angle differen

ce betwee

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compo

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Angle differen

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ence

compo

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d PM

U3 ph

asors (°)

Time (s)

PMU2-‐PMU3

PMU1-‐PMU2


Micro-‐controlled Power Management System for Standalone Microgrids with Hybrid Power Supply

A3

A2

Water Outlet

Water Inlet

Air Outlet

A1

A0

Air Inlet

RadiatorFan

Water pump

Blower

Filter

Heat exchanger

Electro valve 2

Electro Valve 1

Pressure reducing

valve

H2 Outlet

Gas to gas humidifier

3-way valve

Stop cock

S10

W2

W7

A CM

WC1

WC2

W8W1

W5

W6

W3

W4

H2 Inlet

A4H1

Water tank

S9

STACK

Water tank

Humidifier

Heat Exchanger

Blower

Water pump

H2 inlet valve Stack PEM fuel cell layout

Micro-‐controlled Power Management System for Standalone Microgrids with Hybrid Power Supply

Co-‐simulazione

Control strategies over communicaHon network of distributed energy and storage resources connected to medium voltage feeders

Catalyst ContribuHon: Ø  Modeling and simula+on of ICT-‐based control strategies of DERs

taking into account the requirements of fast-‐chargers – Transfer this innova+ve technology to the large industry (SIEMENS)

AcHvity expected Outcome: Ø  Power-‐ICT co-‐simula+on plahorm of control strategies over

communica+on network. Ø  Model of fast-‐chargers – grid interac+on for the proposed

simula+on framework Ø  Design of user-‐centric input to control the DERs

Value: analysis of realis+c case of communica+on-‐based control strategies of a MV network -‐ understand how to extend the upper limit of concurrent fast chargers

Ø  Technology transfer to producers of distribu+on management systems

ContribuHon to KPIs: Ø  #iden+fied innova+on opportuni+es, #number of innova+ons

incubated

ICT-‐based control strategies of DERs is crucial to dynamically extend the upper limit of concurrent fast chargers locally connected to a MV network

DRAFT

InnovaHon Opportunity ScouHng

Technology Transfer

Co-‐simula+on of electric power and communica+on networks

presented by University of Bologna. Reference: Alberto Borghe]

Facilitate Electric Mobility by improved ICT-‐based control strategies of DERs (e.g photovoltaic units, co-‐generaHon plants, storage units) as well as of other regulaHon resources (e.g. load tap changers and capacitor banks) connected to urban MV feeders.

E2SG -‐ Energy to Smart Grid, SMARTGEN

EIT Funding: 40 K€ #FTE: 0,4 py

Non-‐EIT Funding: 160 K€ #FTE: 1,6 py

€ €complementary funding co-‐funding


Proge(o SMARTGEN

www.smartgen.it

30 Genova, 9 O9obre 2012, visita di verifica

From current grid to Smarter Grid

RER/DER

RER/DER

AT/MT MT/BT

Reti di distribuzione attive con generatori di varia taglia

e accumulo

Distribution Management

System avanzato

Servizi per nuovi operatori

nel mercato liberalizzato

FUNZIONALITÀ DEL DMS SMARTGEN Università di Bologna Università di Genova

31 Genova, 9 Ottobre 2012, visita di verifica

Funzionalità del DMS

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Genova, 9 Ottobre 2012, visita di verifica 32


Proge(o SMARTGEN

Area di proprietà di ENEL INGEGNERIA e INNOVAZIONE: •  The main ENEL experimental facility for small plants in the power generation field •  Personell :10 unit. •  Experimental plants 18


Area Sperimentale di Livorno

Le potenze di riferimento al punto di consegna in Media Tensione: •  Cavo alimentazione 15 kV dalla stazione (250 metri): 4 MW •  Potenza nominale iniettabile in rete: 3 MVA •  Potenza massima prelevabile: 2 MW La Cabina è dunque strutturata per un cliente MT dotato sia di utenze passive che attive.

Descrizione dell’Area

Scenari futuri della produzione e distribuzione dell’energia: le smart grid

Technology

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