VIRTUALENERGY Università degli Studi di Cagliari

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Università degli Studi di Cagliari

Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica

Sardegna FESR 2014/2020 - ASSE PRIORITARIO I

“RICERCA SCIENTIFICA, SVILUPPO TECNOLOGICO E INNOVAZIONE”

Progetto Cluster Top-Down

VIRTUALENERGY

Attività svolte e risultati ottenuti

Gianluca Fadda

Evento Finale, 28/01/2021

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✓ VirtualEnergy: obiettivi e soggetti coinvolti

✓ Piano di lavoro: attività svolte e risultati ottenuti

✓ Tecnologie studiate e sistemi realizzati

✓ Casi d’uso e attività sperimentali

✓ Criticità riscontrate

Sommario

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Focus del progetto

Sviluppo di sistemi per l’aggregazione, il coordinamento e l’ottimizzazione di un Virtual Power Plant (VPP)

aggregato costituito da impianti di generazione da fonte rinnovabile, carichi elettrici e termici, accumuli elettrici e termici, inserito in un contesto di libero mercato in grado di fornire energia e servizi all’interno di una rete elettrica di distribuzione

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Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica (DIEE – Università di Cagliari)

Ing. Gianluca Fadda

Ruolo: Assegnista di Ricerca

Settore scientifico disciplinare: ING-INF/03 TELECOMUNICAZIONI

Ing. Cristina Desogus

Ing. Lana Jalal

Ing. Mauro Fraceschelli

Ruolo: Ricercatore

Settore scientifico disciplinare: ING-INF/04 AUTOMATICA

Ing. Alessandro Pilloni

Prof. Maurizio Murroni (Responsabile scientifico)

Ruolo: Professore Associato

Prof. Emilio Ghiani

Ruolo: Ricercatore

Settore scientifico disciplinare: ING-IND/33 SISTEMI ELETTRICI PER L'ENERGIA

Prof. Fabrizio Pilo

Ruolo: Professore Ordinario

Settore scientifico disciplinare: ING-IND/33 SISTEMI ELETTRICI PER L'ENERGIA

Prof. Elio Usai

Ruolo: Professore Ordinario

Prof. Alessandro Pisano

Ruolo: Professore Associato

Personale UniCA

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Denominazione Sede Operativa Data Adesione Area di Business

IAT Consulenza e Progetti s.r.l. Cagliari (CA) 26/01/2017 Renewable energy plants design and permitting

Tholos s.r.l. Cagliari (CA) 27/01/2017 Energy services provider (ESCO)

Sinerg s.r.l. Cagliari (CA) 27/01/2017 Renewable energy plants design

Building Technology Facilities s.r.l.s. San Gavino M.le (CA) 27/01/2017 Building automation and energy efficiency

Ener.Med s.r.l. Elmas (CA) 27/01/2017 Smart metering and energy services

Soltea s.r.l. Siamaggiore (OR) 26/01/2017 Renewable energy plants maintenance

Proxienergy s.r.l. Oristano (OR) 26/01/2017 Renewable energy electric and thermal systems commercialization

Franchini Service s.n.c. Elmas (CA) 11/01/2018 Final user interested in energy cost optimization

Essei s.r.l. Siamaggiore (OR) 19/01/2017 Renewable energy plants and microgrids design

Mobilificio Orrù s.n.c. Mogoro (OR) 31/01/2018 Final user interested in energy cost optimization

Neula Soc. Cooperativa Oristano (OR) 22/06/2018 Monitoring Systems

Alea Energia spa Latina (LT) 30/07/2018 Installation and Management of RES Plants

Oil&Sun srl Cagliari (CA) 13/07/2018 Installation and Management of electric vehicle charging stations

Abirk Italia Srl Sassari (SS) 23/10/2019 Consulting, system integration, R&D

Cluster di imprese

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✓ Progetto articolato su 5 ‘Working Package’ (WP), di cui tre legati alla ricerca e sviluppo, uno pertinente alla realizzazione di un prototipo per la sperimentazione sul campo, e uno legato alla divulgazione dei risultati

✓ Durata complessiva: 33 mesi (30 iniziali + 3 mesi di proroga).

Avvio progetto: 15 maggio 2018 Chiusura progetto: 31 gennaio 2021

Piano di lavoro

Mesi Work

Package ¹ ² ³ ⁴ ⁵ ⁶ ⁷ ⁸ ⁹ ¹⁰ ¹¹ ¹² ¹³ ¹⁴ ¹⁵ ¹⁶ ¹⁷ ¹⁸ ¹⁹ ²⁰ ²¹ ²² ²³ ²⁴ ²⁵ ²⁶ ²⁷ ²⁸ ²⁹ ³⁰ ³¹ ³² ³³ 1

2 3 4 5

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VirtualEnergy: riferimenti

http://virtualenergy.diee.unica.it https://github.com/VirtualEnergy- Project

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Attività svolte: WP1

Obiettivo: Analisi dei requisiti

Inizio: Maggio 2018 Fine: Maggio 2019

Risultato: Report di analisi dello stato dell’arte, degli scenari, dei requisiti e delle attrezzature di rilievo per la realizzazione di una VPP (R.1.1)

✓ Inquadramento generale delle evoluzioni in atto sul mercato elettrico in Europa ed Italia (aggregazione e flessibilità).

✓ Principali metodologie e tecnologie abilitanti (IoT e Cloud) per implementazione e gestione di un VPP

✓ Scenari applicativi e potenziali modelli di business

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Attività svolte: WP2

Obiettivo: Progettazione dell’architettura del VPP e delle risorse energetiche distribuite

Inizio: Agosto 2018 Fine: Luglio 2020

Risultato: Documento tecnico che descrive l'architettura di sistema e le componenti hardware e software che caratterizzano il prototipo di VPP (R.2.1)

✓ Riferimento per la prototipazione del VPP:

➢ Flexiblepower Alliance Network (FAN)

❖ Associazione nata in Olanda nel 2013 da alcune aziende europee (Alliander, Dexter, DHPA, Ecovat, Enexisgroup, Enshared, EXE, Nieuwestroom, Powerline, Recoy, Stedin, Technolution, TNO, TenneT)

https://flexible-energy.eu

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Attività svolte: WP3

Obiettivo: Progettazione e implementazione di un Software per la gestione di VPP

Inizio: Novembre 2018 Fine: Luglio 2020

Risultato: Documento tecnico che descrive le componenti software realizzate dal DIEE nell’ambito del progetto (R.3.1)

✓ Sinergia con progetto di ricerca CoNetDomeSys (“Cooperative Network of Domestic Systems”)

➢ Implementazione di un dimostratore sperimentale basato su componenti low-cost

➢ Prototipazione e testing di algoritmi per il Demand Side Management (DSM)

➢ Supervisione e controllo carichi domestici mediante Smart Power Socket (SPS)

➢ Monitoraggiodelle prestazioni in termini di qualità della comunicazione

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Attività svolte: WP4

Obiettivo: Prototipazione e testing del VPP

Inizio: Maggio 2019 Fine: Gennaio 2021

Risultato: Documento di progetto e specifiche dei dimostratori realizzati, con descrizione dei casi d’uso considerati (R.3.1)

✓ attività sperimentali per la validazione e testing delle funzionalità implementate

✓ Sinergia con altri progetti di ricerca per l’accesso alle risorse fisiche

➢ CoNetDomeSys

➢ StoRES

➢ SmartPolyGen

✓ Piano dei test: individuazione di quattro casi d’uso

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Attività svolte: WP5

Obiettivo: Divulgazione dei risultati

Inizio: Maggio 2018 Fine: Gennaio 2021

Risultato: Materiale didattico e divulgativo (formato digitale e audio-visivo)

✓ Incontri con le aziende

✓ Realizzazione sito web del progetto: (http://virtualenergy.diee.unica.it)

✓ Partecipazione a seminari, conferenze, workshop

✓ 2 Pubblicazioni scientifiche (conference paper e book chapter)

✓ Percorso Formativo (ciclo di 4 webinar)

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VirtualEnergy: Architettura (1)

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VirtualEnergy: Architettura (2)

Lato Server Lato Client

vSphere ESXi 6.7 (VM Hypervisor)

PFSense 2.4.5 (CE) (Firewall)

OpenVPN Server

kubuntu 20.04 (VPP Server)

PowerMatcher Suite WeMo managementTool

Raspberry Pi Zero W (Gateway)

WeMo Insight Switch (Smart Power Socket)

Huawei E3372 (modem 4G/LTE) Workstation ASUS

CPU quad-core Intel i5-4440 @3.10GHz 12GB di RAM

2 Hard Disk SATA da 500 GB

Client OpenVPN Node Client Device agent Concentrator

Internet access

Electric load monitoring & control

Boiler Heat pump

PV system

Batteries

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Piattaforma gestione DER

✓ PowerMatcher

➢ meccanismo di coordinamento per smart grid

✓ Energy Flexiblity Platform Interface (EF-Pi)

➢ piattaforma che abilita la comunicazione in rete tra apparecchiature e servizi intelligenti

✓ Energy Flexiblity Interface (EFI)

✓ protocollo di comunicazione su cu si basa EF-Pi

http://flexiblepower.github.io

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Piattaforma gestione DER: Demo

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Programma di formazione

✓ Webinar 1:Panoramica - PowerMatcher Suite & Energy Flexibility Interface (EFI)

➢ Presentazione delle tre tecnologie che insieme realizzano la “PowerMatcher Suite”: PowerMatcher, EF-Pi e EFI. Introduzione delle principali funzionalità e dell’architettura di alto livello. Discussione in merito ai concetti presentati

✓ Webinar 2:Java e OSGi

➢ Presentazione di OSGi, framework su cui si basa il funzionamento dei software PowerMatcher e EF-Pi.

Analisi delle principali caratteristiche e degli aspetti progettuali di interesse utilizzati da PowerMatcher e EF-Pi. Presentazione dei principali tool di interesse

✓ Webinar 3:PowerMatcher

➢ Analisi dei principali concetti di PowerMatcher e discussione in merito alle diverse modalità di utilizzo

✓ Webinar 4:EF-Pi

➢ Analisi dell’architettura di EF-Pi, come sviuppare ed eseguire moduli per questa piattaforma

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Piattaforma per DSM

✓ Frontend Layer:implementa l’interfaccia grafica attraverso cui gli utenti interagiscono con il sistema

✓ Backend Layer: implementa le funzionalità di autenticazione, autorizzazione, gestione degli esperimenti, memorizzazione dei dati

✓ Gateway Layer:implementa una comunicazione bidirezionale real time tra i web client e i server

✓ Client Layer:componente software che riceve i comandi generati dal backend e li esegue sui dispositivi WeMo

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Piattaforma per DSM: demo

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Sinergie con altri progetti

Prosumerse risorse energetiche controllati dal VPP distribuiti in varie zone della Sardegna

Fotovoltaico + Accumulo Autoconsumo + Gestione Energia

CoNetDomeSys

Progetto MIUR (SIR)

Controllo Carichi Ottimizzazione Distribuita

VIRTUALENERGY

Progetto Cluster Top- Down

SmartPolyGen

Progetto Cluster Top-Down

Microrete polienergetica Ottimizzazione Locale

StoRES

Progetto Interreg-med

CLOUD COMPUTING

Prosumer

Prosumer Prosumer

Prosumer

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Piano dei test: casi d’uso (1)

1. Aggregato di consumer residenziali focalizzato sulla fornitura di servizi per il DSM

➢ Soggetto proponente: DIEE

➢ Apparati necessari: scaldacqua elettrici (volontari), kit controllo smart socket (Conetdomesys)

➢ Obiettivo: validazione concetto di «Virtual Power Load»

2. Aggregato di prosumer industriali focalizzato sul mercato della mobilità elettrica

➢ Soggetto proponente: Oil&Sun

➢ Apparati necessari: impianti FV (Neula), stazione di rifornimento (Oil&Sun), datalogger e multimetri (Enermed), colonnine di ricarica (Simulatore)

➢ Obiettivo: studio di fattibilità tecnico-economica - progetto di riconversione stazioni di rifornimentoin stazioni di ricarica per auto elettriche

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Piano dei test: casi d’uso (2)

3. Aggregato di prosumer industriali focalizzato sulla fornitura di servizi ancillari sul MSD

➢ Soggetto proponente: Mobilificio Orrù

➢ Apparati necessari: impianti FV (Neula), carichi elettrici stabilimento produttivo (Mobilificio Orrù), datalogger e multimetri (Enermed)

➢ Obiettivo: studio di fattibilità tecnico-economica per realizzazione impianti fotovoltaici/eolici su coperture stabilimenti produttivi (autoconsumo e fornitura servizi ancillari)

4. Aggregato di prosumer residenziali focalizzato sul concetto di comunità energetica

➢ Soggetto proponente: DIEE

➢ Apparati necessari: impianti FV con accumulo e carichi elettrici ad uso domestico (StoRES), datalogger e multimetri (Enermed), kit controllo smart socket (CoNetDomeSys)

➢ Obiettivo: validazione concetto comunità energetica a livello locale

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Criticità

✓ Condizioni di emergenza causate da pandemia CoVid 19:

➢ Difficoltà di interazione con e tra le aziende

➢ Difficoltà di interazione tra i ricercatori

➢ Rallentamenti nello sviluppo di tutte le attività del cluster

➢ Difficoltà di accesso ai laboratori del DIEE

➢ Necessità di implementare modalità di accesso remoto agli ambienti di testing e sviluppo

➢ Impossibilità di accedere ai siti individuati per completare le verifiche preliminari, installazioni e configurazioni degli apparati

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Università degli Studi di Cagliari

Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica

Grazie per l’attenzione

Per informazioni e contatti:

Ing. Gianluca Fadda

Email: gianluca.fadda@diee.unica.it