Il MIUR – Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca – ogni anno stanzia fondi per cofinanziare i Programmi di Ricerca di Interesse Nazionale (PRIN). Si tratta di progetti liberamente proposti, senza alcun vincolo di temi e obiettivi prioritari, dalle Università e dagli Osservatori astronomici, astrofisici e vulcanologici. L’esecuzione dei progetti ha durata massima biennale ed è prevista la disponibilità al cofinanziamento da parte dell’Ateneo. Il Politecnico di Bari rappresentato dal Prof. Massimo La Scala (capogruppo) con le unità di ricerca dell’università di Pavia, Roma, Milano (Politecnico di Milano) e Torino (Politecnico di Torino), nel 2008 è risultato beneficiario di un finanziato per un importo di 347 500,00 euro dal fondo PRIN.
Il progetto era finalizzato all’analizzare e proporre soluzioni per il superamento di alcune limitazioni manifestatesi nelle reti di trasmissione e distribuzione dell’energia elettrica negli ultimi decenni e riguardanti la propensione alla propagazione dei disturbi (che in alcuni casi minacciano di distruggere l’integrità della rete su aree estese). Un’idea di fondo, alla base di questo progetto, consisteva nel valutare la possibilità di realizzare una rete “duttile” ovvero in grado di modificarsi in presenza di disturbi e capace di assorbire gli stessi con un comportamento resiliente. Un’ulteriore idea si basava sull’osservazione che il concetto di sistema di trasferimento dell’energia elettrica, impostato su entità funzionalmente separate come trasmissione, distribuzione, ed utilizzazione, va gradualmente superato, favorendo in tal modo una maggiore integrazione di questi sistemi.
Per il raggiungimento degli scopi hanno giocato un ruolo fondamentale tecnologie abilitanti derivanti dalla evoluzione dei sistemi di comunicazione/calcolo e dalla disponibilità di sistemi di attuazione veloci nonché le nuove regole di regolamentazione dell’industria elettrica. Sinteticamente i paradigmi utilizzati sono quelli delle “smart-grids” applicate alle reti di distribuzione e quelli delle “supergrids” intesa quest’ultima come tecnologia al servizio delle reti di trasmissione, entrambi utili a definire un possibile scenario di evoluzione verso una gestione globale e coordinata dell’infrastruttura elettrica.
Per realizzare gli obiettivi generali del progetto, è stato necessario definire tre direttrici di ricerca più specifiche legate a tre potenziali risorse di controllo costituite da quelle associate ad una rete di trasmissione attiva, al controllo attivo di una rete di distribuzione che sia interoperabile con la rete di trasmissione/subtrasmissione ed al controllo del carico associato agli utilizzatori finali. Una particolare attenzione è stata posta nei confronti di quelle azioni di controllo che possono essere sufficientemente veloci da permettere il controllo del sistema in condizioni di vulnerabilità oltre che in condizioni di funzionamento normale.
L’obiettivo della prima direttrice di ricerca ha riguardato metodologie tese a realizzare una rete di trasmissione più attiva, capace di adattarsi alle differenti condizioni di funzionamento, tra cui quello in condizioni di vulnerabilità della sicurezza. Tale obiettivo è stato conseguito partendo da uno studio dell’evoluzione degli schemi di controllo correttivo e alla identificazione delle azioni di controllo più idonee (per la stabilità transitoria, la stabilità della tensione e lo smorzamento delle oscillazioni inter-area), affidandosi a calcoli effettuati in tempo-reale o in tempo-reale esteso.
E’ stata, inoltre, esplorata la possibilità di poter modificare le soglie di taratura dei principali relè inseriti sulla rete, al fine di ridurre il livello di fidatezza degli stessi (dependability) in condizioni di esercizio vulnerabile. L’obiettivo specifico è stato lo sviluppo di una metodologia di controllo preventivo delle tarature delle protezioni in maniera adattativa (“adaptive relaying”) al fine di evitare l’intervento delle stesse nei casi in cui la rete risulta vulnerabile e la sua integrità diventa essenziale per garantire la sicurezza del sistema (riduzione della dependability a vantaggio della security). Questa attività è stata anche finalizzata all’individuazione di possibili indicatori del livello di vulnerabilità del sistema elettrico. Per rendere operativa la logica di funzionamento adattativo dei relè, è stato necessario approfondire le tematiche relative ai sistemi ed ai protocolli di comunicazione.
E’ stata verificata, inoltre, la fattibilità di un controllo “globale” sia dei fenomeni stazionari che a dinamica veloce (transitori elettromeccanici). A questo proposito sono state sviluppate, prevalentemente, tecniche di controllo correttivo poiché le azioni di controllo preventivo risultano eccessivamente onerose in relazione alle regole di mercato. Un conseguente obiettivo del progetto è stato lo studio di azioni di controllo correttivo quali: inserzione/disinserzione rapida di linee (line-switching) e l’utilizzo di compensatori statici serie TSSC o TCSC.
Al fine di valutare gli effetti della variabilità della generazione da fonte eolica sulla Rete di Trasmissione Nazionale (RTN) sono stati realizzati strumenti di analisi probabilistica, mentre per la razionalizzare dello sfruttamento di questa risorsa è stata rivista la metodologia del controllo della velocità dei generatori eolici utilizzando la tecnologia DFIG (doubly fed induction generator). In linea con l’obiettivo di favorire una flessibilità del sistema elettrico, si sono analizzati i benefici che si possono ottenere nel Mercato dei Servizi di Dispacciamento, grazie alla flessibilità operativa introdotta da dispositivi per l’immagazzinamento dell’energia che risulterebbero particolarmente efficaci in presenza di una forte penetrazione della fonte eolica trasformandola, in tal modo, in una fonte quasi-dispacciabile.
Sono state valutate per la RTN le possibilità di potenziamento derivanti dalle nuove tecniche di controllo e dall’utilizzo di lunghe linee in cavo in AT e AAT. Non è stato trascurato l’aspetto umano introducendo tecniche di valutazione automatica delle prestazioni degli operatori tramite OTS (Operator Training Simulator).
La seconda direttrice di ricerca ha avuto come obiettivo principale quello di verificare la fattibilità di un controllo più attivo della rete di distribuzione e di una interoperabilità con la rete si trasmissione grazie ai moderni sistemi di comunicazione, alla presenza di generazione distribuita ed alla possibilità di controllo diretto del carico.
In questo contesto, è stato proposta l’integrazione tra i sistemi di controllo delle reti a tensione maggiore (trasmissione e subtrasmissione) con quelli a tensione minore (distribuzione MT e, in prospettiva, BT) e l’introduzione di un idoneo canale di comunicazione tra le reti di trasmissione e la Cabina Primaria (CP), nonché tra la CP e le unità di generazione diffuse sul territorio, atto allo scambio di informazioni tra il Gestore della rete di trasmissione (TSO), di distribuzione (DSO) e Utenti attivi.
Ulteriori obiettivi conseguiti sono stati: il controllo della tensione atto a coordinare le iniezioni reattive della GD ai fini della regolazione della tensione di rete e l’esercizio in isola intenzionale, con la possibilità di verificare a priori l’esistenza delle condizioni ad operare in isola. Sono state valutate sperimentalmente le prestazioni dei diversi vettori trasmissivi nell’implementazione del canale di comunicazione per l’infrastruttura innovativa proposta, atta al controllo, alla protezione e alla regolazione della GD. Per il sistema di distribuzione sono anche state proposte metodologie di ottimizzazione orientate al controllo della potenza attiva e reattiva nonché alla riconfigurazione rapida della rete.
La terza direttrice di ricerca è consistita nell’individuazione di quegli strumenti offerti dal mercato per garantire la flessibilità della domanda e promuovere la partecipazione dei carichi al controllo del sistema. In questa parte del progetto sono state valutate anche le caratteristiche prestazionali di un sistema di controllo dei carichi dell’utilizzatore finale basato sull’adattamento di dispositivi ad onde convogliate.
Attività di diffusione dei risultati sono già state attivate attraverso le pubblicazioni, la partecipazione a convegni, sintesi presentate su siti web, seminari tenuti presso altri centri di ricerca nazionali ed internazionali. Un workshop finale ha lo scopo di mettere a disposizione dei principali stakeholders i risultati ottenuti e stimolare la discussione sui temi trattati per verificare la possibilità di una pratica applicazione delle tecnologie prodotte.