Progetto Cluster Top-Down VIRTUALENERGY

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Evento Finale, 28.01.2021

Paradigmi per la decentralizzazione della generazione e partecipazione attiva degli utenti: le comunità energetiche

Prof. Emilio Ghiani

Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica Università di Cagliari

Sardegna FESR 2014/2020 - ASSE PRIORITARIO I - “RICERCA SCIENTIFICA, SVILUPPO TECNOLOGICO E INNOVAZIONE”

Progetto Cluster Top-Down VIRTUALENERGY

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Sommario

• Decentralizzazione e digitalizzazione della produzione energetica

• La partecipazione attiva degli utenti

• Comunità energetiche e autoconsumatori collettivi

• Il caso della comunità energetica di Berchidda

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• Disponibilità di dati (collegamento

informazioni da smart meter, posizione, telefonia mobile, collegamento ai mercati energetici, previsioni meteo, ecc.)

• Diffusione delle tecnologie digitali nel

settore energetico è in forte aumento (IoT e 5G)

• Incremento della flessibilità (domanda/produzione)

• Ottimizzazione energetica

Decentralizzazione e digitalizzazione della produzione energetica

Smart Grid

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Partecipazione attiva degli utenti

• Migliorare l'accesso ai dati relativi all'energia

• Rafforzare la fiducia nelle tecnologie digitali e migliorare la disponibilità della tecnologia e delle infrastrutture digitali

• Garantire una protezione adeguata per la

sicurezza informatica e la riservatezza dei dati

• Garantire che i mercati dell'energia

apprezzino i servizi forniti dall'efficienza energetica digitalizzata

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Partecipazione attiva degli utenti: evoluzione della normativa

RED II Directive

+85

PIANO NAZIONALE INTEGRATO PER L’ENERGIA E IL CLIMA Ministero dello Sviluppo Economico

Ministero dell’Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare

Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti

Dicembre 2019 Italia

PNIEC National Plan on Energy and

Climate

National transposition

law RED II

Implementing measures

Measure operational

2018 2019 entro

giugno 2021

Objective:

to reach 2030 target a seguire…

IEM Directive

2019

National transposition

law IEM entro dicembre 2020

• direttiva sulla promozione dell'uso dell'energia da fonti rinnovabili (RED II)

• direttiva sulle norme comuni per il mercato interno dell'energia elettrica (IEM)

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Dir et tiv a RED II Dir et tiv a IEM

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Collective self-consumption – AUC

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Partecipazione attiva degli utenti: tecnologie abilitanti

Considerando il quadro normativo-regolatorio vigente in Italia, la struttura tecnologica abilitante per la partecipazione degli utenti cambia a seconda dell’applicazione

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Partecipazione attiva degli utenti: tecnologie abilitanti per AUC e CER

• Configurazione 1. Semplice produzione FV

Fonte: energystrategy.it

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• Configurazione 2. Produzione FV+ Energy Monitoring

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• Configurazione 3. Produzione FV+ Storage + Energy Management

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• Configurazione 4. Configurazione Smart Grid

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Il caso della comunità energetica di Berchidda

L’azienda elettrica comunale

svolge l'attività di distribuzione di energia elettrica su reti di

distribuzione a MT e BT per la

consegna ai clienti finali allacciati alla rete comunale

Il PEARS identifica nel Comune di Berchidda un’area area

prioritaria dove concentrare le azioni sperimentali di gestione intelligente dell’energia

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Il caso della comunità energetica di Berchidda

Caratteristiche principali della rete elettrica urbana:

• 17 cabine MT/BT, dotate di

trasformatori di potenza variabile tra 100 kVA e 500 kVA, per una potenza totale installata di circa 5000 kVA;

• 4 km di cavi sotterranei MT, 3,2 km per la rete magliata e 0,8 km per la rete radiale;

• 15,4 km di cavi aerei BT;

• 21,6 km di cavi sotterranei BT.

S

CABINA MT/BT IN MURATURA – TIPO BASSO CABINA MT/BT IN MURATURA – TIPO A TORRE CABINA A

PALO (P.T.P)

NUOVA CABINA MT/BT IN MURATURA – TIPO A TORRE

PALO MT ARRIVO LINEA DA SU CANTARU SEZIONATORE

LINEA MT INTERRATA LINEA MT AEREA

LEGENDA SIMBOLI

S

ARRIVO LINEA MT AEREA DA SU CANTARU SSS

S S

CABINA MT/BT Belvedere

CABINA MT/BT PIGA CABINA MT/BT ANNA MARIA CABINA MT/BT CODINATTU 1 CABINA MT/BT CODINATTU 2

P.T.P. LE SERRE

CABINA MT/BT VIA ROMA

CABINA MT/BT VIA GABRIEL CABINA MT/BT

RAU CABINA MT/BT VIA CAVOUR CABINA MT/BT

VIA DEL CARSO CABINA MT/BT

VIA M. ACUTO

15kV

A.E.C Berchidda

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Il caso della comunità energetica di Berchidda (Analisi del carico)

44%

7% 4%

39%

6%

edifici residenziali edifici pubblici illuminazione pubblica altri usi (terziario) MT (industriale)

Tipologia utenza Utenze Potenza installate

(kW) Tensione Energia (kWh/anno)

Utenze residenziali 1051 3.209 BT 2.561.159

Edifici pubblici 259 797 BT 201.061

Illuminazione pubblica 12 246 BT 414.587

Altri usi (terziario) 292 1.666 BT 2.216.156

Utenze MT 2 346 MT 369.118

TOTALE 1.626 6.264 5.762.081

MV LINE FROM PUBLIC DISTRIBUTOR

15kV A.E.C

Berchidda PCC

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Il caso della comunità energetica di Berchidda (Impianti FER esistenti)

Situazione attuale

• 67 Impianti Fotovoltaici

• 600 kWp per 820 MWh/anno

12%

88%

Titolo del grafico

Local Production

Energy purchases from the grid

1 2 3

456

8 9

10

7

MV/LV

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Il caso della comunità energetica di Berchidda (Coinvolgimento utenti)

Costumer’s Domain User Load Sensors

Energy Storage

H A N

Smart Grid Domain

Distribution

Operation

Service Provider Internet

Energy Production

Energy M anagement

Unit

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Controllo della domanda sviluppata per ambienti IOS e Android per il Comune di Berchidda:

- EMS si connetterà con le più comuni piattaforme di gestione domestica (ad esempio, Google, Apple, Amazon, ecc.) e sistemi di attuazione domotici (ad esempio, prese intelligenti);

- permetterà di conoscere il comportamento dei vicini (in forma anonima) e di clienti simili per innescare meccanismi di emulazione positivi.

- consentirà l’accesso ai dati per valutare il vantaggio economico della partecipazione

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- Implementazione di sistemi di home automation (AVANZATI), di apparecchiature intelligenti (lavatrici, piani di cottura, scalda acqua a pompa di calore, ecc.) e dei relativi attuatori e sistemi di controllo (circa 50 nuclei familiari a seconda del livello di automazione implementato)

- Implementazione di sistemi di home automation (BASE) e dei relativi attuatori e sistemi di controllo (800-1000 abitazioni)

- Realizzazione 30 progetti pilota storage nelle case dei cittadini dotate di tetti fotovoltaici (30x10kWh= 300kWh).

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Il caso della comunità energetica di Berchidda (Gestione della domanda)

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

00:00 00:45 01:30 02:15 03:00 03:45 04:30 05:15 06:00 06:45 07:30 08:15 09:00 09:45 10:30 11:15 12:00 12:45 13:30 14:15 15:00 15:45 16:30 17:15 18:00 18:45 19:30 20:15 21:00 21:45 22:30 23:15

Potenza [kW]

Uso più efficiente dell’energia spostando parte dei consumi serali nella fascia oraria di produzione degli impianti fotovoltaici (20% del carico)

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Il caso della comunità energetica di Berchidda (Sistema SCADA)

1 2 3

456

8 9

1011

7

M V/LV

SM

SM SM SM SM

SM

EM S

EM U EM U

EM U EM U EM U

EM U

PV plant

Storage device LV Energy links

LV node/customer

ICT links

EM S Energy M anagement System EM U Energy M anagement User

Nuovo sistema SCADA che permetterà di assolvere alle seguenti funzioni:

- Monitoraggio e controllo real- time della rete elettrica;

- Gestione allarmi ed eventi;

- Analisi e visualizzazione dati energetici.

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Il caso della comunità energetica di Berchidda (Sistema SCADA)

Il sistema SCADA sarà in grado di interconnettere:

- Utenti attivi (prosumers) MT - Utenti attivi (prosumers) BT

- Interruttori linee distribuzione BT - Generazione distribuita a MT e BT

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Il caso della comunità energetica di Berchidda (Smart Meter)

M.I.D.

Multicanale Contatore fiscale 2.0

Multi-metering utilities

(H₂O, gas, contabilizzazione termica)

Bi-direzionale

SMART HOME Gestione carichi

Accesso diretto al contatore

Allarmi

Demand/ Response

Specifiche Servizi

Dati validati

Disponibilità immediata

Visibilità diretta del

contatore

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Il caso della comunità energetica di Berchidda (Smart Meter)

HUB Meter

SM01

GateWay 01 GateWay 02

SM02

SM03

SM04

SM05

LoRa LoRa

LoRa

IP GPRS IP

GPRS IP

IP ADSL

WiFi

IP

WiFi BLE

ADSL BT/GPRS

Message Front_End

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Smart Metering LoRaWAN

Gli smart meters trasmettono periodicamente i dati misurati

Le antenne/gateway trasmettono i dati di

lettura al server

Il server registra i dati di misura per successive

elaborazioni e memorizzazione su cloud

Mediante le applicazioni software è possibile sviluppare l’analisi dei dati

e provvedere al servizio di fatturazione

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Prof. Ing. Emilio Ghiani, Ph.D., SMIEEE

Associate Professor of Power Systems

Department of Electrical and Electronic Engineering University of Cagliari

Piazza d'Armi Cagliari (Italy) Tel. +39 070 6755872

Email emilio.ghiani@unica.it