Introduzione Cap. 1
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1 INTRODUZIONE
La gestione dei grandi sistemi elettrici rappresenta una sfida continua per gli esperti del settore. La principale difficoltà, che si presenta nella gestione di un sistema elettrico, è l’impossibilità di immagazzinare energia sotto forma elettrica, da cui deriva la necessità di avere un equilibrio costante tra produzione e consumo. Un secondo elemento di fondamentale importanza è la complessità e l’estensione che i sistemi possono raggiungere con il loro sviluppo e con l’avvento di nuove tipologie di generazione e di carico (basti pensare alla crescente penetrazione della generazione distribuita e della potenza da fonte eolica installata). In tutto questo è necessario tener in considerazione l’alto grado di affidabilità del sistema che il gestore deve assicurare in presenza di vincoli molto stringenti quali possono essere le limitate variazioni di tensione e di frequenza rispetto ai valori nominali. Per sua natura il sistema elettrico deve essere quindi controllato ed esercito istante per istante, attuando un controllo detto in linea, con lo scopo di mantenere l’equilibrio produzione/consumo. La mancanza di tale equilibrio può dipendere da molteplici variabili che, nella maggior parte dei casi, hanno un andamento completamente aleatorio (es: guasto improvviso di una centrale elettrica, variazione inattesa del consumo, variazione repentina del vento per un parco di generazione eolico, etc..).
Affinché la gestione in linea sia efficiente, l’operatore avrà il compito in primo luogo di selezionare, in base alle loro caratteristiche, dei gruppi di generazione per soddisfare almeno in termini previsionali il carico previsto e predisporre inoltre una riserva di produzione, allo scopo di soddisfare in linea eventuali richieste di potenza, dovute a contingenze o eventi che influenzano l’equilibrio produzione/consumo. Per quanto riguarda i margini di riserva, risulta evidente che tanto più sono elevati, tanto più il sistema sarà esercito in sicurezza; se da un lato, tuttavia, abbiamo un incremento della sicurezza e dell’affidabilità, dall’altro a maggiori risorse corrispondono maggiori costi sostenuti dall’operatore che ricadono inevitabilmente sull’utente finale.
Tradizionalmente i margini di sicurezza sono valutati con metodo deterministico ed in particolare con il metodo che passa sotto il nome di “criterio N-1”; tale criterio garantisce che sia in situazioni tipiche di funzionamento previsionale sia in condizione di fuori servizio di un qualsiasi elemento della rete, a partire dalle suddette situazioni tipiche, non si verifichi contemporaneamente:
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8 in regime permanente;
2. L’ interruzione di carico ovvero distacco dell’alimentazione di parte del carico.
La valutazione della sicurezza con metodi deterministici si sta dimostrando da sola insufficiente a causa della crescente utilizzazione delle reti, conseguenza dello sviluppo del mercato. I limiti dell'utilizzo del criterio N-1 per il calcolo della sicurezza sono evidenti, così come è evidente la necessità di uno strumento che si basi su un approccio probabilistico del problema. Il sistema elettrico è influenzato da un numero molto elevato di variabili aleatorie. La creazione di un modello per la valutazione dell’affidabilità con un approccio probabilistico al problema è sicuramente un “strada” da perseverare al fine di avere un valido strumento da affiancare ai tradizionali metodi che utilizzano un approccio deterministico.
Lo scopo di questo lavoro è quello di avere uno strumento per la stima dell’adeguatezza dei margini di riserva, selezionati al termine dei mercati giornalieri, con un approccio probabilistico ed in particolare utilizzando il metodo Montecarlo al fine di avere uno strumento importante da affiancare alla valutazione con criterio N-1 la cui adozione per la stima della sicurezza, a causa della variabilità dei flussi, delle dimensioni del sistema, dell’aleatorietà degli eventi, risulta insufficiente. Tale strumento fornirà inoltre delle indicazioni su alcuni elementi di gestione del sistema come ad esempio l’individuazione dei carichi da distaccare in caso di necessità, con il notevole vantaggio di ottimizzare l’utilizzo di tale risorsa, od ancora l’individuazione preventiva degli elementi più critici (in particolare le linee) per il funzionamento del sistema. In particolare, il presente studio adotterà l’utilizzo del
metodo Monte Carlo che così diffusamente negli ultimi anni è stato utilizzato, proprio per la
studio dei sistemi in generale. Il metodo Monte Carlo permette di ottenere, con relativa semplicità di esecuzione, i risultati in situazioni anche molto complesse, quale è la simulazione di grandi sistemi elettrici. I principali vantaggi competitivi, che questo approccio fornisce, affrontano tre importanti aspetti della gestione e dell’esercizio del sistema:
• La valutazione dell’impatto economico che i margini di riserva operativi selezionati hanno sul sistema elettrico;
• La stima della robustezza del sistema con indici probabilistici, quali sono l’energia probabile non fornita o il distacco di carico medio giornaliero;
• La possibilità di avere degli “indizi “a riguardo delle parti o aree del sistema più critiche nel giorno simulato.
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9 Il calcolo di opportuni indici di rischio del sistema esprime il livello di robustezza del sistema; allo stesso tempo permette di individuare le criticità che uno scenario può presentare. La valutazione della robustezza e dell’affidabilità del sistema viene effettuata indicando sia i momenti più critici della giornata considerata sia le parti della rete che sono più soggette a portarsi a funzionamenti in condizioni di criticità.
In una prima fase sono state sintetizzate delle logiche di gestione del sistema, valutando i cambiamenti del passaggio da un sistema a struttura verticalmente integrata ad uno con presenza di mercato elettrico; particolare attenzione è stata posta sulla gestione dell’approvvigionamento e dell’utilizzo delle risorse per i servizi ausiliari.
Nella seconda parte dello studio sono state implementate in un applicativo le logiche di gestione. Il software simula l’esercizio del sistema elettrico con le logiche di gestione che regolano il mercato dei servizi di dispacciamento ex-post per una valutazione in linea della adeguatezza dei margini di riserva operativa. La validazione della metodologia è stata effettuata utilizzando due casi studio.
