Smart Grids

Diego Pagnoncelli, LPM Smart Grid, Distribution Automation – PPMV – 21/05/2014
Smart Grids
Reti Elettriche e Reti Dati
Smart Grids
Un radicale cambio di paradigma

L’attuale rete di distribuzione è stata progettata con lo scopo di distribuire l’energia prodotta in
grandi impianti di produzione, ad un vasto numero di utenti consumatori. Il flusso di energia è
essenzialmente unidirezionale.

La sempre più rapida diffusione delle energie rinnovabili, ci pone di fronte ad un rapido cambio di
paradigma in cui l’energia viene immessa in rete anche da piccoli produttori posti alle estremità
delle rete stessa, generando quindi inversioni di flusso. La rete elettrica attuale non è
progettata per supportare ciò e deve quindi essere adeguata alle nuove esigenze.
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Smart Grids
Definizione
«Rete elettrica in grado di integrare, in modo intelligente,
il comportamento e le azioni di tutti gli utenti a essa
collegati (siano essi generatori, consumatori o utenti in
grado allo stesso tempo di generare e consumare) allo
scopo di realizzare, in modo efficiente, un
approvvigionamento elettrico sostenibile, sicuro ed
economico.»
(European Technology Platform for the Electricity Networks
of the Future)
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Smart Grids
Da dove nasce l’esigenza di una rete intelligente?

Una Smart Grid è l'insieme di una rete di informazione e di una rete di
distribuzione elettrica in modo tale da consentire di gestire la rete
elettrica in maniera "intelligente" sotto vari aspetti o funzionalità ovvero in
maniera efficiente per la distribuzione di energia elettrica e per un uso
più razionale dell'energia minimizzando, eventuali sovraccarichi e
variazioni della tensione elettrica intorno al suo valore nominale.
La maggior parte della Generazione e Micro-Generazione distribuita,
è costituita da fonti rinnovabili, che per loro natura non sono
programmabili
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Smart Grid
Da dove nasce l’esigenza di una rete intelligente?

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Dobbiamo essere in grado di gestire le inversioni di flusso dovute alla
massiccia disponibilità di energie rinnovabili, e cioè quando la
produzione in alcune aree supera la domanda. Cosa fare?
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
Trasferire l’energia in eccesso in zone di deficit

Accumulare l’energia in eccesso per poterla poi usare in seguito
(Time-Shift)

Gestione dinamica dei carichi sulla base della disponibilità o
indisponibilità di energia

Regolazione dinamica delle centrali di produzione per favorire il
dispacciamento e l’uso delle energie rinnovabili (problema non
banale)
Smart Grids
Come rendere la rete «Smart»?

Dobbiamo dotare la rete di dispositivi intelligenti e di reti di
comunicazione che permettano la comunicazione dinamica e integrata
di tutti gli attori
Sensori
Rete di Comunicazione
Attuatori
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Algoritmi di
decisione
Smart Grid
Rete Elettrica e Reti di Comunicazione

Una Smart Grid quindi, prevede una completa interconnessione
di tutti i componenti ed i sistemi di cui è costituita
Rete di
Comunicazione
Rete Elettrica
Smart
Grid
Il Rete Elettrica (Globale) e la le Reti di Comunicazione
(Internet) sono tra i più importati e complessi sistemi
distribuiti globali
Fino ad ora hanno avuto un evoluzione separata, è giunto il
momento di farle cooperare e convergere
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Smart Grid
Funzionalità

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Quali possono essere gli obbiettivi finali di una Smart-Grid?

Autoriparazione: Capacità della rete di prevedere, individuare e risolvere
in modo autonomo diverse tipologie di problemi. Guasti, Sovraccarichi,
Malfunzionamento di dispositivi, Manutenzione preventiva

Potenza di Qualità: La stabilità della tensione elettrica che giunge al
consumatore è un fattore di qualità importante. Costi economici altissimi
attualmente vengono affrontati per garantire questa caratteristica

Resistenza agli Attacchi: Capacità della rete di riconoscere e rispondere
a interruzioni manuali della fornitura elettrica. Il sistema dovrebbe
consentire di isolare le aree coinvolte e ridirezionare il flusso energetico
verso altre aree. Cibersecurity.

Alta adozione di Energie Rinnovabili: Questioni ambientali renderanno
fondamentale l'introduzione di grosse quantità di energia proveniente da
fonti rinnovabili. Esse però, per la maggior parte, sono intermittenti.
Permettendo l'adattamento e la riorganizzazione dinamica della rete, una
Smart Grid consentirà un uso massiccio di queste fonti.

Partecipazione dei Consumatori: Possibilità per i piccoli produttori di
partecipare attivamente alla produzione di energia elettrica.
Smart Grids
Nuove Esigenze
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Attuale
Smart Grid
Comunicazione
Nessuna o unidirezionale e
non real-time
Bidirezionale, real-time
Interazione con utenti
Nessuna o molto limitata
Estesa
Misurazione
Elettromeccanica
Digitale
Manutenzione
Controllo manuale degli
strumenti ad intervalli regolari
Controllo remoto, predittivo,
manutenzione basata sulle
condizioni
Generazione
Centralizzata
Centralizzata e distribuita
Controllo di flusso
Limitato
Esteso
Affidabilità
Soggetta a guasti e
interruzioni a cascata
Proattiva e real-time
Ripristino dai guasti
Manuale
Automatica
Topologia
Radiale
Interconnessa
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Smart Grids
La situazione attuale

L’attuale rete elettrica non è «stupida», già oggi le reti di comunicazione sono
largamente utilizzate nella parte di «trasmissione» della rete, insieme a sistemi
sofisticati di controllo automatizzati. L’Italia è uno dei paesi più avanzati sotto questo
punto di vista.

Ad oggi però vengono utilizzati diverse tipologie di protocolli anche proprietari, è
necessario che si passi ad uno standard globale per permettere l’interscambio di
informazioni tra i vari sistemi. (IEC61850?)
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Smart Grid
Quale tecnologia di comunicazione utilizzare?
WIRELESS
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WIRELINE
Satellite
Copper
Wire
Private
Wireless
Power
Line
Public
Wireless
Fiber
Optic
Smart Grid
Quale tecnologia di comunicazione utilizzare?
DIPENDE…
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Application
Latency
requirement
Objects
Availability
requirement
Applicable
technologies
Teleprotection
< 10ms
RMU’s with breakers
Extremely
high
Fiber
Tele-interlockings
(GOOSE)
20 ms
RMU’s with breakers
Reclosers
Very High
Fiber
Mesh radio
LTE
SCADA control
~100 ms
RMU’s with motorized
switch / FPI
Pole mounted switches
and reclosers
High
Mesh radio
LTE, 3G, GPRS
Video surveillance
100-500 ms
Remote sites
High
Mesh radio
LTE, 3G
Metering &
Diagnostics
<1000 ms
Smart Meters
Condition monitoring
devices
Medium
Mesh radio
LTE, 3G, GPRS
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Smart Grid
La situazione Italiana attuale

In Italia possiamo attualmente vantare una delle reti elettriche più avanzate
del mondo:

Trasmissione: La gestione in tempo reale del nostro sistema elettrico,
interconnesso con quello europeo, viene svolta attraverso un sistema di
controllo altamente tecnologico, che fa capo al Centro nazionale di
controllo, il cuore del sistema elettrico italiano dove, in un “bunker”
dell’energia con oltre 100 schermi di controllo e un wallscreen di 40
metri quadrati, monitora 293 linee, tra cui 9 interconnessioni con
l’estero, 3 cavi sottomarini e 281 linee nazionali a 380 kV.
http://www.youtube.com/watch?v=vihc6AtWrWs#t=81
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
Distribuzione Primaria: Tutte le cabine di distribuzione primaria dove
avviene la trasformazione AT/MT sono attualmente, ma da diversi anni,
telecontrollate da remoto nei centri di controllo dei rispettivi distributori

Distribuzione Secondaria: E’ qui che avverrà la vera svolta! La
maggior parte delle cabine di distribuzione secondaria oggi installate nel
territorio nazionale, sono cieche.
To DMS System
LTE for Smart Grids
M2M Gateway
VPNs Bridge
OpenVPN Tunnel
IEC61850 Data MMS/GOOSE
INTERNET
LTE
Secondary
Substation
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LTE
Secondary
Substation
REC615/REF615
LTE
Secondary
Substation
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LTE
Secondary
Substation
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