Il progetto Regal (Rete Energia Generata Accumulata Localmente) rappresenta una risposta concreta alle sollecitazioni della comunità internazionale di diminuire entro il 2020 i consumi e le emissioni di CO2 del 20% ed incrementare della stessa entità le fonti rinnovabili.
Secondo il rapporto pubblicato dal JRC (Joint Research Centre), direzione generale della Commissione Europea, fino ad oggi lo sforzo è stato indirizzato verso gli smart meters, cioè l’installazione di contatori elettrici intelligenti (il 56% dei progetti in corso in Europa, corrispondente ad oltre il 70% degli investimenti). Dal medesimo rapporto si evince che le grandi società di distribuzione dell’elettricità hanno il ruolo più rilevante in questi progetti, sia come leadership (27% dei progetti), sia soprattutto come investimenti effettuati (67% del budget totale).
Finora, però, gli operatori si sono concentrati sull’obiettivo di migliorare l’efficienza delle reti da loro gestite e di ridurre i costi di distribuzione dell’energia elettrica degli attuali sistemi di distribuzione, più che sullo sviluppo di nuovi sistemi decentrati di reti intelligenti per favorire la transizione alle “smart grid”.
In ogni caso lo stesso rapporto JRC conferma quanto sia importante, per le ricadute che genera in termini di know how, la ricerca sulle “smart grid” poiché richiede, come previsto nel progetto Regal, una vasta cooperazione multidisciplinare e interdisciplinare che coinvolga soggetti pubblici e privati: università ed enti di ricerca, produttori di energia elettrica, gestori delle reti elettriche, aziende competenti sulle nuove tecnologie di comunicazione, organizzazioni dei consumatori (utenti finali).
Il progetto
Il progetto Regal mira a fornire una soluzione innovativa per la produzione di energia elettrica e termica, facilmente implementabile sia dai privati sia dalle utility, per superare i limiti attuali alla crescita della generazione distribuita basata sull’impiego di fonti rinnovabili non programmabili e sulle infrastrutture di rete esistenti. L’idea progettuale si è classificata prima, a pari merito con il progetto TOP4E2, nella tematica di riferimento “Smart Grids” del bando Smart Cities and Communities and Social Innovation del Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca.
È stata sviluppata e presentata da un insieme di soggetti aggregati da Regal Grid s.r.l., capofila dell’iniziativa, quali Coveme S.p.A., F.I.A.M.M. S.p.A., Tozzi Sud S.p.A., vari dipartimenti delle Università di Bologna e di Padova, il CNR (Istituto di tecnologie avanzate per l’energia “Nicola Giordano”), varie società del gruppo A.I.M. Vicenza.
Il progetto prevede lo sviluppo e l’implementazione di un sistema di gestione automatico ottimizzato di una rete “smart” derivante dalla connessione di vari nodi (“minisistemi”), ognuno costituito da un insieme di generatori (elettrici e termici), accumulatori e carichi. Alla rete di scambio energetico fra nodi/minisistemi è associata la rete di comunicazione (fig.1).
L’innovazione punta a risolvere la principale dicotomia oggi esistente tra la produzione e la distribuzione efficace ed efficiente dell’energia prodotta da fonti tradizionali e la produzione e la distribuzione dell’energia prodotta da fonti rinnovabili non programmabili. Tale dicotomia, i cui effetti sono oggi massimizzati dalla proliferazione di impianti fotovoltaici indotta da un’incentivazione attuata prescindendo dall’impatto sul sistema, ha pesanti conseguenze economiche sugli impianti di produzione, limitandone l’utilizzo, rendendone problematica la programmazione ed aleatorio il ritorno degli investimenti. La creazione di minisistemi che autoalimentano da fonte rinnovabile il proprio fabbisogno ridurrebbe evidentemente i picchi di produzione e di consumo nella rete di distribuzione, riducendo le diseconomie determinate dalle incongruenze tra domanda ed offerta.
La strategia che si vuole realizzare prevede:
- l’ottimizzazione in tempo reale dell’energia prodotta/accumulata/consumata in ogni singolo minisistema
- l’ottimizzazione in tempo reale dell’energia, distribuita e condivisa, tra tutti i minisistemi della rete, privata e/o pubblica
- l’autoconfigurazione
- la gestione ottimizzata del punto di funzionamento dei singoli generatori
- lo sviluppo di un sistema di accumulo ottimizzato (elettrochimico e/o celle a combustibile) in funzione della taglia dei generatori e dell’entità e della dinamica dei carichi.
Obiettivi della ricerca
La realizzazione dell’idea progettuale richiede lo sviluppo e l’implementazione di tecnologie abilitanti e tecniche innovative che riguarderanno, oltre ai sistemi di generazione ed accumulo, la compatibilità elettromagnetica della rete elettrica e di quella di telecomunicazione e la loro co-simulazione; protocolli di comunicazione tra le elettrical appliances (un ambito secondario è la domotica); lo sviluppo di sensori intelligenti con autonomia operativa, flessibilità e configurabilità sul campo; lo sviluppo di algoritmi “prosumer-aware” per l’ottimizzazione di dispaching e pricing; tecniche per evitare la perdita di efficienza dovuta ad eventuali malfunzionamenti indotti dall’ambiente e dall’integrazione architettonica dei dispositivi.
Elemento peculiare sarà la capacità di inserire funzioni particolari e uniche nel backsheet dei generatori fotovoltaici, quali ottimizzazione MPPT (Maximum Power Point Tracker), sensori e device necessari al dialogo e al comportamento interattivo di moduli fotovoltaici attivi, più efficienti e dialoganti uno ad uno con il minisistema. In particolare la ricerca è volta al conseguimento dei seguenti obiettivi:
- Definizione dell’architettura auto configurabile: si tratta dell’innovativa architettura del sistema complessivo, che sfrutti al massimo il supporto fisico esistente (rete), basata su tecniche avanzate per la gestione ottimale ed il controllo real-time di sistemi di minisistemi.
L’implementazione della gestione automatica del sistema complessivo sarà in linea con gli approcci all’avanguardia di dispacciamento e riconfigurazione sia centralizzati (algoritmi di ottimizzazione lineari e non lineari a variabili miste) sia distribuiti (ottimizzazione ad agenti), che verranno implementati sul campo e applicati a reti dotate di accumulo e vincoli topologici.
- Sviluppo di modello della rete di minisistemi REGAL comprendente “sistemi embedded” smart e sua realizzazione sperimentale: sviluppo ed applicazione di tecnologie ICT innovative, con particolare riferimento ad architetture per la gestione ed il controllo distribuito del sistema e ad algoritmi e protocolli di comunicazione verticali (dai minisistemi ad un centro) e orizzontali (tra minisistemi); sviluppo di un ambiente di co-simulazione (flussi di potenza e telecomunicazione), tenendo conto di efficienza/ritardi del sistema di comunicazione; sviluppo di modelli di load forecasting a medio e breve termine per i diversi utilizzatori, per la definizione di strategie di gestione del carico per ottimizzare l’efficienza del sistema globale; sviluppo di tipologie di convertitori elettronici di potenza ad alto rendimento e tecniche di controllo all’avanguardia (controllo potenza reattiva, controllo integrato sorgenti/dispositivi di accumulo, parzializzazione e sfasamento dei carichi, gestione mancanza rete) per ottimizzare prestazioni locali e globali, scalabilità delle soluzioni e integrabilità automatica delle sorgenti.
- Definizione di funzioni smart nei componenti innovativi della rete:
– generazione: test di tipologie di moduli fotovoltaici di seconda generazione per la massimizzazione dell’efficienza (installazione su coperture) o totale integrazione in edifici (vetrate fotovoltaiche trasparenti)
– sistema di connessione batterie d’accumulatori: sviluppo di funzioni che garantiscano il rispetto delle condizioni di funzionamento normali (livelli di tensione e frequenza) nel minisistema (o insiemi di minisistemi) nel funzionamento autonomo
– convertitori elettronici: possibilità di comunicazione reciproca allo scopo di equilibrare generazione/consumo/scambio di potenza fra ogni minisistema e gli altri o la rete
– batterie innovative (es.: ioni di Litio ed ad alta temperatura): selezione dei sistemi di accumulo che garantiscano performance elevate e sviluppo di modelli per la simulazione del comportamento dinamico.
I vantaggi
L’idea progettuale prevede una prima implementazione (“alfa”) su un sistema reale sviluppato nella sede della Scuola di Ingegneria ed Architettura dell’Università di Bologna, dotata di rete di distribuzione in MT e BT di proprietà, per verificare la validità del sistema e l’affidabilità dei componenti.
La seconda fase riguarda l’implementazione (“beta”) in una rete di distribuzione pubblica nell’area di Vicenza e la verifica dell’estensione dell’idea progettuale ad un contesto più ampio, al limite coinvolgente un intero agglomerato urbano.
I principali vantaggi derivabili dall’approccio proposto sono:
– la diminuzione dei costi associati all’uso della rete elettrica nazionale
– l’efficace integrazione delle fonti energetiche rinnovabili
– la possibilità di accumulo dell’energia in eccesso o di conferimento ad un altro minisistema
– lo sfruttamento della presenza di più accumulatori locali a disposizione dell’intera rete
– la scalabilità del sistema Regal a contesti più ampi, ad esempio un’intera area urbana
– la possibilità di implementare di sistemi di controllo della domanda evoluti
– nuovi modelli di business energetico che tengano conto dell’ingresso nel mercato di nuovi attori (prosumer) in grado di condividere le risorse energetiche ed interagire in forma aggregata e virtuosa con quelli storici.
di Paolo Colla
paolo.colla@aimvicenza.it
Dal settembre 2011 è Amministratore Unico di A.I.M. Vicenza S.p.A, holding del Gruppo A.I.M., la multiutility di proprietà del Comune di Vicenza. Laureato in Economia Aziendale all’Università Ca’ Foscari di Venezia, ha ricoperto numerosi incarichi in aziende private nei settori della meccanica, dei servizi e del food.
