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Azioni sul documento

Sistemi Elettrici per l'energia

 
Personale
Barsali Stefano
Professore Associato
Ceralo Massimo Professore Ordinario
Giglioli Romano Professore Ordinario
Pelacchi Paolo Professore Ordinario
Poli Davide Ricercatore
Benini Simone Dottorato
Di Donato Antonio Dottorato
Franceschi Giulia Dottorato
Leoni Andrea Dottorato
Praticò Andrea Dottorato

Attività di ricerca

  1. Gestione dei sistemi elettrici in esercizio ordinario e in emergenza
    1. Regole di funzionamento dei mercati elettrici liberalizzati
    2. Affidabilità e sicurezza dei sistemi
    3. Gestione dell’emergenza in sistemi elettrici in regime liberalizzato
    4. Elettrodotti
  2. Sistemi elettrochimici e veicoli a propulsione elettrica, ibrida e a celle a combustibile
  3. Smart Grids: Generazione Distribuita e Load managemen
    1. Generazione Distribuita
    2. Analisi e gestione della domanda in un mercato elettrico liberalizzato

Regole di funzionamento dei mercati elettrici liberalizzati

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In questo ambito, dopo aver approfondito la conoscenza dell’architettura regolatoria dei principali mercati elettrici, sono state sviluppate tecniche di simulazione del comportamento dei sistemi elettrici liberalizzati, in presenza di contratti bilaterali e di borse complementari e di bilanciamento. Tali approfondimenti hanno visto lo sviluppo di contatti sia con il GRTN (oggi TERNA) e il GME, che con Gestori di reti estere (Norvegia, Inghilterra, California, Spagna). Più recentemente, nell’ambito della “Ricerca di Sistema”, è stata proseguita la tradizionale collaborazione con il CESI di Milano, in merito all’analisi delle problematiche tecnico-economiche connesse alla definizione previsionale del punto di lavoro di un mercato liberalizzato. In particolare, sono stati analizzati e confrontati i principali meccanismi utilizzati a livello mondiale per la definizione del prezzo di borsa dell’energia e sono stati sviluppati specifici simulatori per la verifica dell’impatto economico di nuove possibili regole di mercato; nello specifico, sono stati raffrontati da un punto di vista sia formale che quantitativo i meccanismi nodale e zonale, nonché quelli a offerte semplici e complesse. Sono inoltre state sviluppate nuove tecniche di previsione del prezzo spot dell’energia, proponendo metodi deterministici e probabilistici per la valutazione dell’accuratezza di tali metodologie.

Personale coinvolto nella ricerca: Pelacchi, Poli, Barsali.

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Affidabilità e sicurezza dei sistemi elettrici

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In collaborazione con il GRTN (oggi TERNA), sono stati sviluppati programmi di simulazione tramite i quali il Gestore di rete, responsabile dell’affidabilità e della sicurezza del sistema, è in grado di valutare ex-ante vari indici di rischio connessi alla mancata copertura del carico, tenendo conto non solo delle indisponibilità dei gruppi di produzione, ma anche di quelle delle linee, sia di interconnessione con l’estero che di collegamento tra le differenti zone. L’uso di tali programmi consente di valutare come varia l’affidabilità del sistema elettrico all’aumentare della quantità di riserva (secondaria e terziaria, rotante e ferma), della sua velocità di risposta (rampe di presa di carico) nonché delle modalità di gestione delle centrali di pompaggio, calcolando al contempo i costi associati all’acquisto dei vari servizi da parte del Gestore. E’ stata inoltre valutata l’influenza della generazione da fonte eolica sulla definizione dei margini di riserva operativa in sistemi idrotermoelettrici. Infine, è stata approfondita la problematica di definizione dei limiti massimi di trasporto inter-area in regime liberalizzato (ATC), applicando tecniche probabilistiche di tipo Montecarlo Sequenziale a sistemi con significativa produzione da fonte rinnovabile.

Personale coinvolto nella ricerca: Pelacchi, Poli, Leoni, Benini.

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Gestione dell’emergenza in sistemi elettrici in regime liberalizzato

In un contesto liberalizzato, ad una gestione unitaria e centrale degli impianti di produzione e di rete si sostituisce un insieme di accordi e contratti commerciali che, insieme alle norme definite dal Regolatore, stabiliscono le modalità con cui ogni operatore è chiamato ad agire sia durante il normale esercizio che in caso di emergenza. L’attività svolta in collaborazione con il GRTN (oggi TERNA) ha avuto come oggetto da un lato l’inquadramento generale della gestione dell’emergenza di un sistema elettrico in un contesto liberalizzato e dall’altro lo studio delle possibilità offerte dalle nuove tipologie impiantistiche, primariamente cicli combinati, in relazione alla possibilità di fornire il servizio di prima riaccensione della rete. Gli interventi individuati consentono da un lato di rendere disponibile maggior potenza per la prima riaccensione del sistema, sfruttando l’aumentato numero di impianti che possono essere resi avviabili autonomamente con interventi contenuti, e dall’altro di attuare procedure di riaccensione che consentono di rialimentare prioritariamente le aree più importanti (riaccensione per isole di carico), gestendo con elevata flessibilità la potenza resa via via disponibile. Sono state inoltre proposte e simulate tecniche innovative volte a rienergizzare il sistema elettrico a partire da terminali in corrente continua.

Personale coinvolto nella ricerca: Giglioli, Barsali, Poli, Leoni, Praticò.

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Elettrodotti

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Sono allo studio tecniche innovative per il controllo di sistemi di schermatura attiva dei campi magnetici generati dagli elettrodotti. E’ stato realizzato un tratto sperimentale di schermatura attiva su un elettrodotto a 132 kV, che attualmente è in servizio permanente. La ricerca è stata sviluppata in collaborazione con tre società private. Sono state inoltre messe a punto tecniche innovative di lavaggio sotto tensione degli isolatori, mediante robot.

Personale coinvolto nella ricerca: Giglioli, Pelacchi, Barsali.

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Sistemi elettrochimici e veicoli a propulsione elettrica, ibrida e a celle a combustibile

Sistemi elettrochimici e veicoli a propulsione elettrica, ibrida e a celle a combustibile
 

I veicoli a propulsione elettrica alimentati da batterie di accumulatori elettrochimici sono veicoli con emissioni gassose localmente nulle ed emissioni acustiche ridotte, che possono contribuire a ridurre i problemi di inquinamento ambientale delle nostre città. I veicoli a propulsione ibrida contemplano normalmente la presenza simultanea per la propulsione di motori a combustione interna e motori elettrici; sono pensati per combinare i vantaggi dei veicoli a propulsione elettrica (ridotto impatto ambientale), senza averne gli svantaggi fondamentali: bassa autonomia, lunghi tempi di ricarica. In questo ambito, nel Dipartimento vengono svolte ricerche sia nell’ambito della modellazione, simulazione e corretta gestione degli accumulatori elettrochimici, che dell’analisi, anche sperimentale, di veicoli elettrici alimentati a batteria. Per quanto riguarda i veicoli ibridi, le principali attività si concentrano sulla definizione di corrette strategie di gestione delle risorse di bordo. Le ricerche si svolgono anche in collaborazione con altri Dipartimenti dell’Università di Pisa (Dip. di ingegneria meccanica, Nucleare e della Produzione e Dipartimento di Energetica), con la Piaggio & Co S.p.A., con l’ENEA, con Energy research Center of Netherlands (ECN). Future collaborazioni sono prevedibili anche con il Centro Ricerche Fiat. Se i veicoli ibridi promettono a brevissimo termine di migliorare l’impatto ambientale dei sistemi di trasporto stradali e ferroviari, i veicoli elettrici basati sull’utilizzo di celle a combustibile alimentate ad idrogeno rappresentano una soluzione considerata attraente a medio termine. Nel settore dei veicoli a celle a combustibile le principali attività del dipartimento sono rivolte alla modellazione delle singole celle e dei sistemi completi di generazione elettrica su esse basate. Vengono studiati e simulati anche veicoli sistemi completi basati su questa teconologia: i modelli di simulazione in questo caso comprendono oltre che i sistemi di generazione elettrica, l’eventuale sistema di accumulo elettrochimico elettrostatico (a supercondensatori), azionamenti elettrici propulsivi, il veicolo, il percorso. Esperienze sono state svolte sia su veicoli stradali (in collaborazione con Piaggio & C), sia su veicoli ferroviari (in collaborazione con Trenitalia) Nel primo caso la ricerca ha dato origine ad un prototipo funzionante, nel secondo caso è stato effettuato il progetto preliminare che dovrebbe svilupparsi in una successiva fase sperimentale con la realizzazione di un prototipo.

Personale coinvolto nella ricerca: Ceraolo, Di Donato, Franceschi.

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Generazione Distribuita

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Per Generazione Distribuita si intende la produzione di energia elettrica effettuata con impianti di piccola taglia (entro alcuni MW) installati in prossimità dell’utenza e connessi alle reti di distribuzione in bassa e media tensione. Questo tipo di produzione si sta progressivamente affermando come valida alternativa alla produzione convenzionale. Essa consente infatti da un lato di sfruttare fonti rinnovabili per loro natura diffuse sul territorio, tra cui le biomasse, che mal si prestano alla realizzazione di grossi impianti, e dall’altro di realizzare impianti di cogenerazione di taglia contenuta senza dover realizzare onerose reti di distribuzione del calore. Oltre a ciò, vengono superate molte difficoltà di varia natura che si incontrano nel realizzare grossi impianti di produzione e nel potenziare il sistema di trasporto dell’energia elettrica. Presso il Dipartimento sono svolte attività tese alla caratterizzazione delle funzioni che tali impianti possono svolgere, alla definizione delle strategie di controllo, all’individuazione dei criteri di gestione dell’interfacciamento con la rete elettrica e dei requisiti dei sistemi di teleconduzione. Il DSEA si è occupato dell’integrazione di fonti rinnovabili per l’alimentazione di piccole reti isolate con impianti ibridi e della sperimentazione di impianti di cogenerazione. È attualmente è in corso un’ampia ricerca in collaborazione con il centro interdipartimentale “Avanzi”, il Dipartimento di Ingegneria Aerospaziale di questa Università e la Scuola Superiore Sant’Anna, sull’utilizzo della biomassa lignea in piccoli impianti di cogenerazione a combustione mista, che prevedono l’utilizzazione di caldaie a cippato o pellets e turbine a gas ad alta velocità. È in funzione un primo impianto sperimentale da 80 kWe ed è in fase di realizzazione un secondo da 100 kWe. Il DSEA si sta anche occupando degli aspetti di controllo delle sorgenti, con particolare riferimento ai generatori interfacciati con inverter, con la finalità di sviluppare sistemi idonei ad una evoluzione delle reti di distribuzione verso un nuovo modello di rete di distribuzione attiva (Smart Grid). Il DSEA svolge attività di ricerca sul tema della generazione distribuita anche nell’ambito del Comitato di studio C6 CIGRÉ “Distribution Systems and Dispersed Generation”. www.cigre-c6.org

Personale coinvolto nella ricerca: Giglioli, Barsali, Poli, Praticò.

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Analisi e Gestione della domanda in un mercato elettrico liberalizzato

Analisi e Gestione della domanda in un mercato elettrico liberalizzatoAnalisi e Gestione della domanda in un mercato elettrico liberalizzato 2
 

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Nell’ambito del filone di ricerca relativo alle Smart Grids, si inseriscono anche attività rivolte alla gestione del carico, mediante l’utilizzo di sistemi di accumulo e l’implementazione di tecniche di previsione della domanda basate su reti neurali. Sono state inoltre definite nuove tecniche di Demand Side Management, con l’obiettivo di potenziare il ruolo della domanda nel mercato dell’energia, in termini di assegnazione dei quantitativi assorbiti e di definizione dei prezzi corrispondenti. Oggetto principale della ricerca sono strumenti tecnico-gestionali volti a potenziare la flessibilità della domanda sul medio e lungo periodo. Inoltre sono stati formalizzati i vantaggi economici e gestionali dell’aggregazione contrattuale e manageriale del carico in un contesto liberalizzato, definendo la struttura dei dati necessari alla formulazione delle curve di domanda e dettagliando i diagrammi di flusso che descrivono i processi logici di taratura e ottimizzazione di tali curve. In questo quadro, si sottolinea la significativa e pluriennale esperienza maturata in materia di energy management nell’ambito del contratto tra il Dipartimento di Sistemi Elettrici e Automazione e la Società Consortile Energia Toscana, primo esempio italiano di consorzio pubblico di acquisto di energia elettrica e gas su scala regionale. In merito alle problematiche di gestione di un aggregato di carichi, sono stati svolti studi, per conto di aziende municipalizzate di distribuzione dell’energia elettrica, volti ad analizzare i legami che intercorrono fra fenomeni meteorologici, sociali e di calendario e il volume giornaliero di energia assorbito da una certa classe di utenze. In particolare, le attività hanno determinato le correlazioni matematiche e statistiche che legano l’energia assorbita dalla rete, opportunamente decalendarizzata, e le principali grandezze meteorologiche, quali temperatura, umidità e copertura del cielo. Gli studi sono stati rivolti sia all’analisi di consuntivo dei volumi giornalieri e mensili di energia, con l’obiettivo di evidenziare l’effettivo trend di crescita di lungo periodo del carico elettrico (depurato da fenomeni meteorologici e sociali contingenti), sia alla definizione di tecniche di previsione del carico nel breve periodo.

Personale coinvolto nella ricerca: Giglioli, Ceraolo, Poli

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