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Operational planning per le reti attive: rassegna dei servizi ancillari e degli indicatori di prestazione

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Operational planning per le reti attive: rassegna dei servizi ancillari e degli indicatori di prestazione

Il documento analizza i servizi ancillari che in prospettiva potranno essere erogati dalle risorse distribuite, inclusi i sistemi di accumulo, descrivendo criticità, soluzioni tecniche e possibili metriche per la quantificazione delle prestazioni delle reti e dei sistemi di controllo.

L’esigenza di aumentare la penetrazione delle risorse rinnovabili distribuite renderà necessaria una partecipazione attiva delle risorse flessibili della rete in cui queste risiedono, fornendo quelli che sono chiamati servizi ancillari, attraverso logiche di intervento innovative. I servizi ancillari sono tipici della rete di trasmissione e indicano la disponibilità dei generatori a variare la propria produzione (attiva e reattiva), per mantenere l’equilibrio della rete (regolazione primaria, secondaria e terziaria di frequenza e tensione). Nel caso della rete di trasmissione questi servizi sono regolati attraverso mercati ad hoc, come le sessioni infra-giornaliere o il mercato dei servizi di dispacciamento. Nel contesto delle reti attive la generazione distribuita, anche da fonti rinnovabili, sarà chiamata a partecipare a questi mercati e a estendere la loro azione alle reti di distribuzione. Gli schemi di partecipazione di tali risorse, in particolare per la distribuzione, non sono ancora definiti, a causa di diversi problemi normativi/economici/tecnologici, che saranno chiariti nella trattazione.

Sicuramente uno dei problemi è la complessità nel gestire le reti di distribuzione con un’elevata penetrazione di risorse rinnovabili. Questa complessità si scontra con la necessità di sviluppare sistemi di controllo facilmente utilizzabili dagli operatori e il più economico possibile. Tali esigenze, contestualmente alla necessità di aumentare lo sfruttamento delle risorse rinnovabili, hanno determinato un elevato numero di progetti europei e nazionali con soluzioni anche molto diverse. Una rassegna approfondita dei progetti europei in essere o conclusi ha permesso così di ottenere una panoramica molto varia sulle possibili risorse utilizzabili, sugli schemi di controllo e sui servizi ancillari offerti alla rete di distribuzione. Inoltre questa indagine ha permesso di identificare i progetti che definiscono e utilizzano:

• Metodi per le indagini di scalabilità e replicabilità;
• I casi d’uso (use cases) e i modelli di business (business cases);
• Gli indicatori di prestazione (KPI).

Si prevede che in futuro questi metodi saranno utilizzati estensivamente per favorire lo studio e l’applicazione delle tecniche di controllo per le reti di distribuzione al fine di favorire la penetrazione di fonti rinnovabili. Queste analisi rappresenteranno perciò una bibliografia fondamentale per le prossime attività di ricerca.

L’attività ha previsto inoltre, nel corso del periodo di riferimento, un’indagine sugli indicatori di prestazione che sono stati proposti dalle diverse iniziative Europee considerate. In particolare, focalizzandosi sui progetti di ricerca in cui RSE ha svolto un ruolo attivo nella definizione e calcolo dei KPI (IGREENGrid, GRID4EU ed evolvDSO), si sono analizzati gli indicatori riconosciuti a livello Europeo e in linea con i progressi attesi nello sviluppo tecnologico delle reti.

L’attività svolta in termini di valutazione della performance di rete si è focalizzata sulla definizione di alcuni indicatori di prestazioni basati sul concetto di sensitività di rete. Per giungere a ciò si è fatto leva sul concetto di moltiplicatore di Lagrange, grandezza direttamente connessa a procedure di ottimizzazione, che indica sinteticamente lo stato tecnico economico di ciascun nodo di rete sotto diversi aspetti: potenza, tensione, corrente ecc. A partire dell’impiego dell’ottimizzatore Discover su alcune reti esempio si è giunti, attraverso alcune elaborazioni matematiche in ambiente Matlab, alla possibilità di evidenziare criticità di rete e aree in cui è accettabile un maggiore sfruttamento dell’infrastruttura (attraverso ad esempio l’installazione di nuovi impianti di generazione) e da lì dedurne gli indicatori di prestazione.

Per valutare in futuro le diverse possibili soluzioni di controllo delle reti di distribuzioni, anche mediante l’utilizzo dei KPI, è proseguito lo studio per l’ampliamento dei sistemi di controllo disponibili per le analisi. Lo sviluppo si è concentrato sulle procedure di riconfigurazione, nell’integrazione delle curve di droop di reattivo dei generatori all’interno di un sistema di controllo centralizzato e di capability più flessibili per i generatori.

Una delle risorse fondamentali per la gestione delle reti attive, e che è, infatti, indagata dalla quasi totalità dei progetti europei elencati, sono i sistemi di accumulo. I sistemi di accumulo sono ancora poco diffusi, principalmente a causa dei loro costi elevati, ma anche a causa della mancanza di schemi che ne permettano una partecipazione intensiva all’esercizio delle reti. Perciò, per una maggiore diffusione, risulta importante favorire la partecipazione dei sistemi di accumulo nell’esercizio delle reti attive attraverso metodi di pianificazione ed esercizio innovativi. Nel presente periodo di ricerca, forti dell’esperienza sviluppata nell’ambito del progetto europeo Grid4EU, ci si è concentrati nello sviluppo di tecniche di pianificazione e riconfigurazione della posizione dei sistemi di accumulo per massimizzarne l’efficacia. Linearizzando la rete di distribuzione, è stata condotta un’analisi analitica sul posizionamento e sul profilo ottimo di scambio di potenza dei sistemi di accumulo attraverso l’utilizzo delle equazioni di Eulero Lagrange. Questa analisi permette di legare direttamente la posizione e l’uso del sistema di accumulo con i parametri di rete, rendendo più facile la pianificazione delle reti e l’interpretazione dei risultati degli algoritmi ottimizzazione, favorendo così una maggiore comprensione generale dell’esercizio delle reti attive. Inoltre, le equazioni individuate possono essere estese a diversi obiettivi e utilizzate nello sviluppo di algoritmi di pianificazione non solo riferiti ai sistemi di accumulo, ma in generale a tutte le risorse distribuite.

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