La Valle d’Aosta è ricca di risorse rinnovabili, tipicamente idroelettriche, connesse alla rete di distribuzione. Caratteristica che richiede un’evoluzione della rete in media tensione per migliorarne la gestione e l’affidabilità. In questa direzione va il progetto pilota presentato da Deval, il gestore del servizio elettrico, sviluppato con il supporto scientifico del Politecnico di Milano, Dipartimento di Energia e con il coinvolgimento, di SELTA S.p.a.
La rete presenta, già ad oggi, un surplus di produzione (rispetto al carico) per quasi il 50% delle ore in un anno ed è un ottimo sito per sperimentare funzioni di monitoraggio e controllo innovative. Altra caratteristica è la conformazione orografica della regione, territorio montano a scarsa densità di popolazione, con infrastrutture elettriche non dimensionate per gestire grandi potenze e una rete di comunicazione che presenta una copertura e una qualità inferiore a quella dei centri urbani italiani.
Il progetto coinvolge l’intera cabina primaria (CP) di Villeneuve, il sistema SCADA e il sistema di DMS installato presso il centro di controllo Deval. Tutti i generatori afferenti alla cabina primaria sono installati nella Val di Rhemes e nella Valsavarence, dove si è sviluppato, in collaborazione Wind, un sistema di comunicazione per il coordinamento delle varie centrali con gli apparati di protezione e controllo installati in cabina primaria. Tali logiche sono utilizzate per migliorare l’affidabilità della rete elettrica e la sua capacità di vettoriare l’energia prodotta dalle centrali idroelettriche ad oggi presenti e da quelle di futura realizzazione.
Funzioni previste
Lo sviluppo del progetto è basato su alcune funzioni innovative per migliorare la gestione della rete di distribuzione, in presenza di una forte penetrazione di risorse di generazione:
- miglioramento della supervisione e regolazione della rete mediante apparati di telecontrollo rapido;
- incremento dell’affidabilità del Sistema di Protezione di Interfaccia mediante telescatto con logica fail-safe;
- regolazione innovativa della tensione MT, mediante modulazione della potenza reattiva immessa da parte di ciascuna unità GD, per migliorare la qualità della tensione ed aumentare la hosting capacity e l’efficienza della rete MT;
- limitazione/modulazione in condizioni critiche della potenza attiva immessa in rete da parte di ciascuna unità GD. interazione con il TSO per l’abilitazione al funzionamento attivo del lato AT della CP, per consentire la gestione dei flussi inversi di energia;
- integrare un sistema di colonnine per la ricarica di auto elettriche nel sistema di gestione della rete elettrica.
La funzione di limitazione della potenza immessa dai generatori è stata progettata rispetto a condizioni in cui eventi eccezionali (guasti, valanghe, esondazioni) comportino il fuori servizio di una porzione della rete. In tali condizioni l’obiettivo del progetto è consentire la ri-alimentazione del maggior numero di utenti attivi e passivi.
Architettura del sistema
L’architettura sviluppata è una Sottostazione Estesa, declinata secondo tre livelli funzionali. Il primo livello coinvolge la cabina primaria, a livello di apparati SCADA, logica utile alle elaborazioni per il controllo della generazione diffusa, pannelli di linea MT e un nuovo pannello integrato per la protezione, regolazione e controllo del trasformatore AT/MT. Il livello 2 è relativo alle cabine di consegna delle utenze attive e delle cabine secondarie, nodi che verranno telecontrollati e coordinati con la cabina primaria tramite apparati di misura e protezione di nuova concezione. Il livello 3 è relativo alle unità di generazione e alle colonnina di ricarica delle auto elettriche, dove verranno installati modem/router per l’integrazione nella rete di controllo e il vettoriamento dei segnali di controllo.
Tale rappresentazione gerarchica è associata a differenti livelli di affidabilità delle apparecchiature e quindi di costo: massima affidabilità richiesta per i componenti della cabina primaria, fino ad arrivare all’utente attivo, per i cui apparati si definirà un compromesso tecnico/economico.
Il sistema proposto è di tipo centralizzato: in CP sono presenti componenti distinti per realizzare le funzioni di protezione, regolazione e monitoraggio (SPL, Protezione di Linea; sistema di logica di cabina primaria; SCADA, Supervisory Control And Data Acquisition).
Gestione della rete
Le funzioni innovative che si stanno sviluppando permettono di realizzare nuove modalità di gestione della rete con un forte impatto sia sul distributore sia sugli utenti attivi. Elemento cardinale del progetto è l’analisi delle prestazioni registrate dalla dimostrazione “in campo”, per arrivare ad una misura delle prestazioni e, quindi, dei rapporti costi/benefici per il sistema, finalità dei progetti “Smart” avviati dall’Autorità per l’Energia Elettrica, il Gas e il Sistema Idrico (delibera ARG/elt 39/10).
In tale ottica, un primo significativo sviluppo è il superamento degli attuali vincoli di hosting capacity, conseguendo:
- un aumento della generazione installabile sulle reti di distribuzione soprattutto da fonti rinnovabili;
- una maggiore efficienza energetica, riducendo le perdite lungo la rete, grazie ad un avvicinamento tra carico e generazione;
- la possibilità di ridurre/differire gli investimenti nel potenziamento della rete, grazie alla migliore sincronizzazione dei prelievi e delle immissioni di energia su un’estensione spaziale predeterminata, ad alleviare il carico sulla rete elettrica;
- un minor impatto ambientale riducendo le emissioni di CO2.
L’obiettivo del nuovo sistema di protezione di linea è il superamento dei limiti delle attuali protezioni di interfaccia, rendendo possibile la rimozione delle soglie di sovra e sotto frequenza del relè, conseguendo (come richiesto da Terna):
- maggiore affidabilità a livello locale;
- maggiore sicurezza dell’esercizio a livello di sistema, sia tramite automatismi, sia per la possibilità di trasmissione di informazioni e comandi da e verso Terna;
- migliore gestione e controllo della rete MT sottesa alla CP;
- migliore qualità della tensione in termini di variazioni rapide minimizzando le occorrenze di distacco indebito della GD, che causerebbero variazioni rapide della tensione nella porzione di rete prossima e sottesa alla GD coinvolta.
La possibilità di far comunicare CP e GD conduce, inoltre, ad una migliore utilizzazione degli impianti esistenti, mediante un opportuno coordinamento delle risorse diffuse, e permette la regolazione della GD stessa, per conseguire la hosting capacity della rete e migliorando la qualità della tensione.
La rete di comunicazione
Un ruolo centrale è giocato dal sistema di comunicazione che deve essere in grado, secondo vincoli di velocità e di affidabilità, di consentire gli scambi informativi fra i vari apparati. La scelta è caduta su una soluzione mista che sfrutta sia la rete pubblica HSDPA, sia, ove disponibili, comunicazioni in fibra ottica. Scelta che risponde all’esigenza di garantire alte prestazioni e limitare i costi dell’architettura.
Il progetto, approvato con la Delibera ARG/elt39/10, è in fase di completamento e di test, verrà completato entro la fine dell’anno e la sperimentazione proseguirà per tutto il 2015.
Maurizio Delfanti, Davide Falabretti, Marco Merlo – Politecnico di Milano
Andrea Bianchin, Giovanni Perron, Carlo Paris, Marco Pellerej – Deval SpA
