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Massimo Gallanti
La ricerca nel settore elettrico
Riunione Annuale GUSEEPisa, 15 luglio 2014
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Il sistema elettrico (power system) è considerato un settore maturo
Quale sarà il suo ruolo negli anni a venire all’interno settore energetico ?
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Bolletta annua del sistema elettrico italiano 2012 M€Costo energia 23.330 Costi di dispacciamento 3.333
uplift 1.797 mancata prod. Eolico 411
Unità essenziali 437 Funzionamento Terna 162
capacity payment 58 interrompibili 468
Commercializzazione e Vendita 1.200
Costi di rete (T&D) 8.530 Trasmissione 1.530
Distribuzione e misura 7.000 Oneri di sistema 11.260
A2 150 A3 10.417
A4 - Regimi tariffari 295 A5 41
Ecc. 120 Contributo per CB 237
AE - Accise 2.777 TOTALE M€ 50.430 Costo medio Energia elettrica IVA esclusa - c€/kWh
16,4
3,6% del PIL
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Scenari energetici UE
Fonte: EU ENERGY, TRANSPORT AND GHG EMISSIONS TRENDS TO 2050 – REFERENCE SCENARIO
5Fonte: EC - Energy Roadmap 2050 (COM/2011/885) Dicembre 2011
Scenari energetici UE
Andamento in % del consumo di elettricità in Europa
Il peso del vettore elettrico in Europa è destinato ad aumentare
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Scenari energetici per l’Italia
Andamento consumi finali di energia
Nello scenario Roadmap è atteso un calo rilevante della domanda finale per effetto dell’efficienza energetica
Scenari energetici per l’Italia
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Andamento dei consumi elettrici
Fonte: ENEA – Rapporto Energia Ambiente 2013
ma, anche negli scenari per l’Italia il consumo di energia elettrica risulta in crescita
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Scenari energetici per l’Italia
Elettrificazione dei consumi finali
27%
L’incremento in percentuale dell’elettricità nei consumi finali è ancora più evidente
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Negli anni a venire il sistema elettrico è destinato a giocare un ruolo ancor più rilevante nello scenario energetico
internazionale
Le esigenze di innovazione tecnologica sono molto più rilevanti di quanto possa sembrare a prima vista
Innovazione tecnologica nel settore elettrico -> importanti ricadute per la competitività del Paese
Le esigenze di ricerca per il sistema elettrico – la lettura data dalla UE -
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Energy Efficiency Competitive Low Carbon Energy
Smart cities and communities
Horizon 2020 – Secure, Clean and Efficient Energy (within «Societal Challanges» Area)
Work Programme Structure
The European Strategic Energy Technology Plan (SET Plan)
La Integrated RoadMap in fase di preparazione (disponibile a fine anno) ricalca la struttura tematica di H2020 - SCEE
Le esigenze di ricerca per il sistema elettrico – la lettura data dalla UE -
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Energy Efficiency Competitive Low Carbon Energy
Smart cities and communities
Horizon 2020 – Secure, Clean and Efficient Energy (within «Societal Challanges» Area
Work Programme Structure
Competitività Sicurezza Sostenibilità
La ricerca nel settore elettrico: due punti di vista da collimare
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Produzione Trasmissione e dispacciamento Distribuzione Usi
finali
L’articolazione classica del Sistema Elettrico
Energy Efficiency Competitive Low Carbon Energy
Smart cities and communities
Horizon 2020 – Secure, Clean and Efficient Energy
Work Programme Structure
I driver per un nuovo sistema elettrico• Competitività e sviluppo del mercato
– Mercato dell’energia elettrica e dei servizi di dispacciamento
– Incremento della capacità di trasporto e la flessibilità delle reti elettriche
• Sicurezza della fornitura– Sfruttamento delle FER e incremento dell’efficienza energetica
– Prevenzione dei rischi che compromettono la sicurezza del sistema elettrico a breve termine
• Sostenibilità ambientale– Incremento della produzione da fonti rinnovabili non programmabili, anche di
piccola taglia
– Riduzione delle emissioni di CO2 in atmosfera
– Miglioramento dell’efficienza energetica negli usi finali e impiego del vettore elettrico per nuovi servizi
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Le esigenze di ricerca e di innovazione del sistema elettrico
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Produzione Trasmissione e dispacciamento Distribuzione Usi
finali
I settori tecnologici La dimensione di sistema (integrazione di sistema)
• Elettrotecnica• Materiali• Elettronica• Processi elettrochimici• Automazione• Modellistica• …….• ICT• Biotecnologie
I task
• Progettazione• Esercizio• Monitoraggio• Diagnostica• Miglioramento delle
prestazioni • Predizione del
comportamento• ……
• Regolazione frequenza potenza
• Bilanciamento• Integrazione di sistemi
geograficamente estesi• Sicurezza del sistema
(fisica, elettrica, informatica)
• Mercato dell’energia• …….
Esigenze di ricerca e di innovazione nella produzione
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• La nuove tecnologie per la produzione da fonti rinnovabili– FV, CSP, eolico (on-shore, off-shore, energia dal mare, geotermico,
biomassa). Sostenibilità economica e «integrazione» nel sistema elettrico
• La cattura e il sequestro della CO2
– Meccanismi di cattura efficienti (pre-post combustione)
– Mitigazione dei rischi dello stoccaggio
• La flessibilizzazione degli impianti a ciclo combinato
– Fast start-up /shut down, rampa carico, ecc. Ruolo chiave per i servizi di sistema.
• L’integrazione tra produzione e consumo– sfruttamento rinnovabili e opportunità di efficienza energetica.
Esigenze di ricerca e di innovazione nellatrasmissione
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• Tecnologia di trasporto HVDC per le «autostrade elettriche»– Incremento capacità di trasporto della tecnologiaVSC
– Interruttori in DC
– Reti magliate in DC
• Nuovi conduttori per linee aeree e cavi– Conduttori ad elevata portata di corrente
• Incremento dinamico della capacità di trasporto– Dynamic line rating
– WAMS
– Dispositivi per il controllo dei flussi di potenza attiva (es., phase shifter) e del reattivo (es., SVC )
• Diagnostica dei componenti e lavori sotto tensione
Esigenze di ricerca e di innovazione neldispacciamento e controllo della rete
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• Modelli per la valutazione della sicurezza dinamica del sistema elettrico– Approccio «risk based» considerando dinamicamente le differenti
fonti di incertezza (superamento della logica N-1)
• Algoritmi per la valutazione della stabilità di sistemi di grandi dimensioni (es. oscillazioni inter area)
• Modelli per il calcolo della quantità ottima delle diverse tipologie di riserva
• Modelli per la gestione del bilanciamento anche tra diversi TSO
• Sistemi di previsione della generazione non programmabile
• Previsione e controllo della generazione distribuita
Esigenze di ricerca e di innovazione nelladistribuzione
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• Reti di distribuzione attive (smart grids)– ICT per il controllo delle risorse distribuite. Canali e protocolli di
comunicazione. Smart metering. Telecontrollo rete MT e BT– Integrazione GD, inverter. Supporto della GD al sistema elettrico– Algoritmi per il controllo e il dispacciamento delle generazione
distribuita– Automazione dell’esercizio: protezioni di rete, isolamento del guasto,
regolazione tensione, gestione in isola intenzionale, gestione «ad anello»– Cabine elettriche «multiservizi»
• Elettronica di potenza per l’esercizio della rete e la connessione
• Applicazioni della superconduttività ad alta temperatura– Limitatore di corrente SFCL, SMES
• Fornitura di servizi di sistema da parte della risorse distribuite
Esigenze di ricerca e di innovazione negliusi finali
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Mobilità elettrica• Auto elettrica• Infrastrutture di
ricarica
Usi termici• Pompe di calore per
climatizzazione ambienti
• Cottura a induzione• Riscaldamento
nell’industria• Infrarossi per
impieghi nell’industria
• Compressione meccanica del calore
Azionamenti/inverter
Sistemi di illuminazione a led
Home and building automation• Gestione della
domanda• Integrazione cliente-
rete
Sistemi in corrente continua• Microreti in CC• Distribuzione in cc
Esigenze di ricerca e di innovazione per laflessibilità del sistema elettrico
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Produzione Trasmissione e dispacciamento Distribuzione Usi
finali
Soluzioni per incrementare la flessibilità del Sistema Elettrico
Sistemi di accumulo elettrochimico• per servizi di rete (riserva,
inerzia sintetica)• per incrementare
l’autoconsumo di energia da fonti rinnovabili
• A servizio degli usi finali (taglio picchi di potenza)
• A servizio degli impianti di produzione (fornitura servizi di rete)
Flessibilizzazione del parco di produzione esistente
Flessibilizzazione dei consumi elettrici e gestione della domanda
Incrementare l’integrazione del sistema elettrico
Flessibilizzazione della rete di trasmissione e distribuzione
Altre forme di accumulo:• Accumulo meccanico
(volani, CAES)• Accumulo
elettromagnetico (SMES)
L’atteggiamento dell’industria nazionale nel settore dell’energia nei confronti dell’innovazione
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Risultati indagine conoscitiva svolta da I-Com in collaborazione con RSERAPPORTO I-Com sull’Innovazione Energetica – Maggio 2014
Preferenza per collaborazioni con partner nazionali
L’atteggiamento dell’industria nazionale nel settore dell’energia nei confronti dell’innovazione
Quasi il 50% del campione avvia la collaborazione con la struttura di ricerca in quanto «complementare» rispetto all’impresa
L’atteggiamento dell’industria nazionale nel settore dell’energia nei confronti dell’innovazione
Proattività delle aziende
Collaborazione su progetto
L’atteggiamento dell’industria nazionale nel settore dell’energia nei confronti dell’innovazione
Giudizio largamente positivo
Conclusioni
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• Il sistema elettrico ha un ruolo sempre più rilevante nel quadro energetico
• Nuove esigenze che richiedono l’integrazione di nuove tecnologie
• Garantire flessibilità al sistema elettrico agendo su tutti i segmenti (generazione, reti e domanda)
• Le opportunità della ricerca europea: occorre saperle «leggere» e coglierle
• Il sistema industriale italiano è aperto alla collaborazione con il mondo della ricerca
Grazie perl’attenzione!
massimo.gallanti@rse-web.it
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