Introduzione ai progetti pilota Terna: esigenze di rete e criticità legate alle FER, Guido Guida

Il ruolo dello Storage
nella gestione delle reti
Milano, 27 settembre 2017
Introduzione ai progetti pilota Terna:
esigenze di rete e criticità legate alle FER
.
Guido Guida

Milano, 27 settembre 2017 2
IL RUOLO DELLO STORAGE NELLA GESTIONE DELLE RETI
Lo sviluppo delle FER

I principali cambiamenti degli ultimi anni
Boom del Rinnovabile
La capacità installata delle Rinnovabili in Italia ha avuto una
rapida diffusione, principalmente grazie alla crescita del
Solare, dovuta agli incentivi erogati negli ultimi anni:
• dal 2000:
• Eolico +7,5 GW
• Fotovoltaico +18,6 GW
• Installazioni prevalentemente nel Sud Italia, in siti lontani
dai grandi centri di consumo.
Tale crescita è stata accompagnata da una sempre maggiore
capacità, da parte di Terna, di gestire al meglio l’immissione
delle Rinnovabili nel Sistema Elettrico Nazionale, nonostante
la non programmabilità di alcune unità di produzione e la
distribuzione non uniforme dell’Offerta eolica sul territorio
nazionale.
GW
24x

• La Generazione Distribuita (GD) ha rivoluzionato in pochi anni il mondo della produzione. Da poche grandi centrali in alta tensione a
tante piccole produzioni diffuse nelle reti MT e BT.
• Da centrali rotanti in grado di rispettare un programma di produzione prestabilito, a unità di generazione in larga parte statiche con
produzione a carattere discontinuo.
• Da impianti di generazione dotati di un’ampia gamma di servizi di rete (regolazioni automatiche di frequenza e tensione, insensibilità
agli abbassamenti di tensione, rifiuto del carico, etc.) a produzioni prive di tali servizi o con servizi limitati.
• Il rinnovabile non è monitorato in tempo reale. La previsione sul breve-medio termine non si basa su misurazione diretta.
I soli impianti fotovoltaici italiani equivalgono a 70 gruppi convenzionali da 320 MW o 19 gruppi nucleari da 1300 MW “nascosti”
nelle reti di distribuzione.
Rinnovabile – Potenza Installata Copertura della Domanda con Rinnovabile

La crescita della produzione da FER e il relativo obbligo di ritiro
possono portare a:
 Incremento delle Congestioni di rete
 Impatto sui requisiti e sulla disponibilità dei margini di riserva
o Maggiore fabbisogno di riserva a causa della
intermittenza/incertezza di previsione della produzione delle
fonti rinnovabili non programmabili
o Riduzione dei margini di riserva disponibili su impianti
“convenzionali”
Impatto delle Fonti Rinnovabili sul Sistema Elettrico
Fonte: IEA wind Task 25 «Design and Operation of power system with
large amounts of wind power» - Holtinnen et al. (2007)
Criticità principali:
• Congestioni di rete
• Riduzione della capacità regolante
• Riduzione dell’inerzia del sistema
• Gestione minimi diurni e notturni

L’evoluzione del Sistema Elettrico Nazionale, con particolare riferimento alla riduzione della Domanda e all’incremento della
penetrazione degli impianti di generazione da Fonte Rinnovabile, ha reso negli anni sempre più critica la gestione da parte di
Terna del Fabbisogno Residuo (ovvero la quota parte di Fabbisogno «coperto» da una produzione tradizionale).
Tali difficoltà nella gestione del Sistema Elettrico non sono tipiche soltanto dei giorni festivi come in passato, ma sono
presenti in misura diversa durante tutto l’anno, in base alla stagionalità della produzione da fonti Rinnovabili e al tipo di
giorno (e.g. fabbisogno più basso nei giorni festivi).
Il cambio di paradigma dopo il boom delle Rinnovabili
Complessità di gestione del sistema

Impatto sulle congestioni di rete
• Alcune porzioni di rete a 150 kV risultano caratterizzate da un’elevata
concentrazione di parchi eolici.
• L’elevata produzione eolica determina un incremento di congestioni locali e tra
zone di mercato (e.g. Sud-Centro Sud) che possono comportare una modulazione
dell’energia potenzialmente producibile attraverso dei comandi di limitazione
inviati ai produttori (Mancata Produzione Eolica – MPE). Nel 2010 le azioni di
modulazione hanno determinato complessivamente un corrispettivo MPE di circa
500 GWh.

[GW]
Generazione distribuita in Europa
Installato fotovoltaico
Fonte:
survey 2015
Totale installato GD
[GW]
Totale installato generazione distribuita in
Europa anno 2015

Le esigenze del sistema elettrico

Massimizzazione delle produzioni FER
Gestione delle congestioni in aree a forte penetrazione rinnovabili
Aumento dei margini di adeguatezza del sistema
Miglior controllo dei profili di carico della rete
Riduzione MPE

Impatto delle FER
Lo sviluppo di generazione distribuita
comporta:
• Cambiamento del mix di generazione
• Riduzione della risposta inerziale del
sistema
• Rischio di perdita di generazione
distribuita (in Italia già affrontato dalle
delibere AEEGSI 84/12 e 243/13 con il
programma di retrofit degli impianti)
Lo sviluppo delle FER ha ridotto
l’INERZIA del sistema
Fasi di attivazione delle riserve – evoluzione temporale

• Tipicamente messa a disposizione dalle
macchine rotanti e dai carichi
• Si riduce all’aumentare delle macchine
a inverter
Lo stesso evento causa un transitorio
di frequenza sempre più ampio
all’aumentare della penetrazione della
generazione distribuita
0 5 10 15 20 25 30 35 40
49.92
49.93
49.94
49.95
49.96
49.97
49.98
49.99
50
time [s]
frequency[Hz]
PV increase
Compensazione dell’effetto della generazione “inverter based”
INERZIA

• La regolazione primaria, divenendo il sistema
sempre più «debole», deve essere sempre più
rapida
• La penetrazione delle FER, di norma a potenza
massima e, a differenza delle unità rilevanti
convenzionali, non soggette alla prescrizione di
partecipazione al servizio di regolazione primaria,
determina una riduzione della quota di generazione
disponibile a prestare tale servizio.
Diretta conseguenza è che la capacità di
regolazione sia messa a disposizione da altre
forme di generazione.
REGOLAZIONE DELLA FREQUENZA PRIMARIA

• L’aumento dell’installato e la variabilità della
produzione FER presuppongono la necessità di
disporre di altre forme di generazione
REGOLAZIONE DELLA FREQUENZA SECONDARIA

Il sostegno della tensione
La sostituzione di generatori rotanti con generatori inverter based
diminuisce le correnti di cortocircuito (lcc) ed allarga l’area
di disturbo in tensione
EFFETTI DEL CORTO CIRCUITO SULLA RTN
La graduale diminuzione di macchine rotanti riduce
le riserve di reattivo e peggiora i profili di tensione
CONTROLLO DELLE TENSIONI
Corrente di corto circuito generatori inverter based ≈ 1,1 corrente nominale
Corrente di corto circuito generatori sincroni ≈ 4 ÷ 5 corrente nominale

Conclusioni
È necessario introdurre tecnologie in grado di compensare:
• L’estrema variabilità delle fonti
• La minore disponibilità di alcuni servizi di sistema
• La differente dinamica di risposta del sistema alle perturbazioni ed eventi critici
Un ruolo decisivo è giocato dall’Innovazione e dalla Ricerca e Sviluppo:
• Soluzioni in cui il singolo impianto possa contribuire contemporaneamente ed in modo coordinato
a tutte le esigenze del sistema
• Monitoraggio e controllo dei sistemi sempre più evoluto ed esteso (IoT)
• Sistemi di supporto decisionale in tempo reale e previsionali
• Big data systems
Lo sviluppo delle FER ha cambiato drasticamente il paradigma dell’Operation.

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