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24 Marzo 2017, Trento
La moderna meteorologia a supporto degli operatori del sistema elettricoLa risposta di RSE attraverso lo sviluppo di sistemi di previsione ed allertamento
meteorologico, monitoraggio dei fenomeni atmosferici estremi e ricerca di soluzioni di mitigazione
M. Lacavalla, P. Marcacci, R. Bonanno
RSE SpA - Ricerca sul Sistema Energetico
Gruppo di Ricerca:
Clima e Meteorologia
Sperimentazioni e modellistica su fenomeni di particolare rilevanza per la sicurezza della rete elettrica (manicotti, temporali, salino)
Cambiamenti climatici e loro impatto sul sistema elettro-energetico
Monitoraggio in tempo reale della radiazione al suolo da satellite
Previsione modellistica e monitoraggio delle fonti rinnovabili
Introduzione
AEEGSI ha avviato, ad aprile 2016,un tavolo tecnico con i Distributori e Terna perdefinire le Linee Guida per la predisposizione di un «Piano di Lavoro» per ilmiglioramento della resilienza del sistema elettrico, tenendo conto degli eventimeteorologici severi e persistenti degli ultimi 15 anni
RSE è coinvolto nella definizione di «Dati e metodologie per lacaratterizzazione di eventi meteo avversi per il sistemaelettrico»
Resilienza della rete
Il tavolo tecnico dell’AEEGSI
Eventi meteo rilevanti per il sistema elettrico
Il problema delle wet-snow
I fenomeni atmosferici causano la maggior
parte dei fuori servizio delle linee elettriche
aeree e danni diretti e indiretti pari ad alcune centinaia di M€/anno
Nella stagione invernale l’accumulo di ghiaccio e
neve sui conduttori determina sovraccarichiche spesso superano i
valori di progetto
I criteri di progettazionee di definizione dei
carichi climatici delle linee aeree (IEC 60826 e
61774) sono in fase di revisione
Inquadramento normativo
Considerazioni meteorologiche sui fenomeni nevosi in Italia
• Non tutte le nevicate sono favorevoli alla crescita di un manicotto
• Solo le nevicate di tipo wet (alto contenuto di acqua liquida nel fiocco) hanno elevata capacità di aderire alle superfici
• Oltre il 99 % delle nevicate che provocano disservizi in Italia è di tipo wet.
• Esistono specifici modelli di accrescimento di manicotto per questo tipo di nevicate (Makkonen Model ISO12494)
• Sul nord Italia wet-snow avvengono con temperature comprese tra -2°C e +2°C e solitamente con basse intensità del vento (V<2-3 m/s)
• Sul centro sud Italia si possono avere nevicate wet anche con venti più intensi
Formazione manicotti di neve
Alcuni tipi di nevicate provocano danni alle linee elettriche causando disalimentazione e talvolta necessità di ricostruzione di porzioni di rete
Traliccio AT collassato per manicotto in Valtorta (BG)
Danni linea MT per manicotto in
Appennino Centrale
Fase AT a terra per manicotto
di 20 cm di diametro zona Cuneo
Danni diretti
Albero su linea AT
Danni indiretti
Gli effetti dei cambiamenti climatici negli ultimi decenni sulle nevicate
Diminuzione del numero di
eventi nevosi
Aumento degli eventi
di wet-snow
Il fenomeno della wet-snow e la formazione di manicotti di ghiaccio
-2.0°C<T<+2°C
T>=+2°C
VENTO
-2°C
+2°C
Soluzioni di mitigazione carichi neve/ghiaccio
L’approccio di RSE per prevedere i manicottisui conduttori di linee elettriche aeree
Modelli meteorologici globali e locali per prevedere eventi di wet-snow
Modelli di accrescimento dei manicotti di ghiaccio per calcolare i carichi sulle linee
Monitoraggio in situ della formazione dei manicotti per validare i modelli numerici
Sistema di previsione meteorologica
GLOBALI
Condizioni iniziali e al
contorno ECMWF
+72h – 12 km
LOCALI
RAMS, WRF
+72h - 4 km
Global model – ECMWF/GFS
RUN
12UTC
Risoluzione
0.125°
High resolution Model –RAMS/WRF
forecast +72h
Risoluzione
0.0625°
WOLF
Modello di crescitaModello corrente
Anti-Icing (AI)
Struttura sistema previsionale
Portale WOLFhttp://newwolf.rse-web.it/
Output WOLFhttp://newwolf.rse-web.it/
Impatto di WOLF sul sistema elettrico
• L’utilizzo, ove possibile, delle correnti di anti-icing previste riduce il rischio di sovraccarico meccanico, una delle principali cause di guasto prolungato alle linee.
• Opportune strategie di dispacciamento possono salvaguardare le linee in antenna• La conoscenza anticipata delle zone soggette al fenomeno può consentire un invio mirato di
squadre di pronto intervento• La valutazione ex-post dei danni alle linee correlati ai sovraccarichi previsti permette di
ricavare la vulnerabilità della linea
Utilizzo delle correnti di anti-icing
Invio squadre pronto intervento
Strategie di dispacciamento
Valutazioni ex-postvulnerabilità linee
Riduzione complessiva deicosti di disservizio
(indennizzi + danni strutturali)
Riduzione tempi di intervento
Interventi strutturali
Monitoraggio meteo e crescita manicotti presso stazione sperimentale RSE
Misure meteorologiche alla stazione WILD di Vinadio (CN)
Pluviometro
Anemometro
ultrasonico
Stazione
meteo
NivometroDisdrometro
WILD (Wet-snow Ice Laboratory Detection)
Test di nuovi conduttori o di trattamenti superficiali per ridurre il rischio di
formazione di manicotti in caso di wet-snow
Studio di coatings innovativi di tipo super idrofobico e ice-fobico
Monitoraggio manicotto 29-02-2016Stazione WILD (Vinadio)
16:00, -1.8°C, sn, 0.2mm/h 18:00, -2°C,sn, 1mm/h17:00, -1.6°C, sn, 1.2mm/h
21:00, -1.4°C ,sn,1mm/h20:00, -1.6°C,sn, 1mm/h19:00, -1.9°C, sn, 1mm/h
19/12/2016, risposta dei conduttori ice-fobicialla crescita del manicotto
Rete di stazioni di monitoraggio wet-snow
Mappatura carichi di manicotto sull’Italia
MESAN rianalisi meteorologicaPeriodo: 1985-2013Risoluzione: 5km
Orografia modello
Filtro wet-snow
Mappatura carichi di manicotto sull’Italia
Prec (mm/gg)
T2m (max,min,med)
Vento 10m (massimo gg)
Nevicata del 25-26 dicembre 2013
ERA 5 ReanalysisRisoluzione: 30 km
WRF-NMMRisoluzione: 4 km
MERIDIA (in fase di sviluppo in RSE)MEteorological Reanalysis Italian Dataset
Periodo: 2000-2017
Dati di rianalisi meteorologica corretti con campi osservati al suolo attraverso opportune tecniche statistica per riduzione bias
Campi meteorologici al suolo: Precipitazione, temperatura al suolo, intensità del vento ecc.…
Nubifragi
Precipitazioni da banche dati osservative agenzie regionali
Individuazione attraverso la mosaicatura dei dati radar della Protezione Civile di precipitazioni particolarmente intense su scala sub-giornaliera
Combinazione dati stazioni + dati radar
Caso studio segnalato da ARETI 19-20 novembre 2013
Nubifragi a Roma e allagamenti cabine (radar + stazioni)
19-20 novembre 2013Nubifragi a Roma
Dataset osservativo + radar Dataset rianalisi meteorologica MESAN
FORTI TEMPORALI: danni diretti e indiretti
tromba d’aria Concorezzo 7 luglio 2001
tromba d’aria Trezzo d’Adda 29 luglio 2013
Il sistema di allertamento per forti
temporali sviluppato da RSE
Tromba d’aria Trezzo 29/07/2013
Animazione radar meteorologico Piemonte-Bric della Croce e satellite MSG
STAF - Storm, Track Alert & Forecast
Radar Meteorologico Satellite geostazionario Msg
Mappe radar di riflettività o pioggia
Campi di temperatura canale IR 10.8
RADAR + SATELLITE = ingredienti di STAF
5’15’ (5’ Rss)
STAF - Storm, Track Alert & Forecast
Sistema di allerta per temporali INTENSI
• I modelli numerici di previsione meteorologica ci aiutano a prevedere le condizionigenerali (a grande scala) per lo sviluppo dei temporali a 1 o 2 gg
• Il nowcasting, ovvero una previsione locale e a brevissima scadenza, è possibile solomonitorando continuamente il fenomeno già in atto
• Gli strumenti che permettono questo monitoraggio sono il radar meteorologico e ilsatellite
Sistema di previsione ed allerta per forte vento
Tempesta di grecale su Toscana 05-03-2015
ESWD – European Severe Weather Database (www.eswd.eu)
Dati relativi a trombe d’aria in Italia
Onde di calore
Riduzione della portata delle linee a fronte di un aumento della domanda per richiesta condizionamento
Aumento freccia conduttore e riduzione franco di rispetto
Fragilità dei giunti di media tensione in aree urbane
Utilizzo dataset MESAN/MERIDA per individuazione giornate con temperature elevate e con contemporanea assenza di vento
Valutazione della persistenza del fenomeno (durata)
Studio frequenza e tempi di ritorno di onde di calore
Modelli climatici per scenari futuri
Onde di calore
Caso studio
08-11 Agosto 2003
Dataset osservativo
Dataset di rianalisi meteorologica
Serie di temperaturastazione meteo
Rischio di scarica su isolatori
Inquinamento SALINO
Mappatura Salino
In fase di sviluppo metodologia per la definizione di una mappa nazionale del livello di inquinamento sulla base di stime modellistiche e dati di deposito.
Nell’ambito della Ricerca di Sistema ed in collaborazione con Terna, RSE ha ricavato una prima mappatura del territorio nazionale, basata sui livelli di inquinamento dovuti al particolato fine ed al sale marino, suddivisi in una scala di 5 valori da molto leggero a molto pesante.
Ciò ha permesso di individuare 200 siti di campionamento del deposito salino. In tali siti è stata avviata una campagna di misura biennale su isolatori campione collocati in corrispondenza di sostegni delle linee aree di alta tensione della rete elettrica nazionale.
Successivamente, con un lavoro di post-processing dei dati misurati integrati con le stime modellistiche sarà possibile migliorare e aggiornare la mappatura dell’inquinamento a cui sono esposti gli isolatori.
Attività in fase di definizione e sviluppo: catena modellistica per la previsione meteo a breve termine dell’inquinamento salino sull’Italia
Livelli di inquinamento
Descrizione INQ
livello 1 molto leggero [3-4]livello 2 leggero (4-8]livello 3 medio (8-11]livello 4 pesante (11-14]livello 5 molto pesante >14
Mappatura Salino
Livello di inquinamento medio sull’intero territorio nazionale (INQ) definito come somma dei contributi alle concentrazioni di PM10 dovuti alle sorgenti antropiche e, con peso doppio, alla componente di origine marina:
Mappatura inquinamento salino
Mappatura precedente Mappa preliminare RSE
Impatto del cambiamento climatico sul sistema
elettrico
RSE ha una attività di modellistica basata sulla elaborazione di
dati provenienti da modelli climatici e definizione di scenari
futuri per il sistema elettrico
Possibili effetti del cambiamento climatico sulla rete
Periodi siccitosiPrecipitazioni estreme
Incremento della domanda di energia
Diminuzione della capacità di trasporto
dell’energia
Incremento dei disservizi elettrici
Riduzione della disponibilità di acqua
per impianti termo elettrici
PRCPTOT
Diminuzione della produzione idroelettrica
http://sunrise.rse-web.it
Altre attività meteo:
Stima della radiazione al suolo
Integrazione rinnovabili nel sistema elettrico
Irradianza da satellite
Assorbimento e riflessione
Aerosol
Vapor d’acqua
Nubi
Albedo
Ozono
Stima indiretta
Identificazione del tipo di nube
(opacità, spessore)
Stima irradianza al suolo
Valutazione della produzione fotovoltaica e monitoraggio in tempo reale
Stima di irradianza al suolo su tutta l’Italia ogni 15’ ogni 4 Km
1
2
3
Scopo: «previsione della produzione di un impianto per i tre giorni seguenti, a passo orario»
STATISTICA
Previsione della produzione
dell’impianto
Modello meteorologico a scala globale
(1 punto ogni 15 Km, ogni 6 ore)
Modello meteorologico a scala locale (1 punto ogni 3 o 4 Km, ogni ora)
Previsione delle variabili meteo che determinano
la produzione
Previsioni per le rinnovabili
matteo.lacavalla@rse-web.it