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Le prospettive della generazione distribuita

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Andrea Vitali

Durante il progetti è stata effettuata un'analisi del panorama tecnologico nell'ambito della Generazione Distribuita (GD). Partendo da un'indagine della situazione italiana attuale, si è innanzitutto effettuato un focus sulle principali fonti energetiche protagoniste della diffusione della GD e sui relativi vantaggi e svantaggi. Si è quindi affrontato l'importante tema dei sistemi di accumulo, effettuando una rassegna delle tecnologie più all'avanguardia ad oggi disponibili e dei possibili sviluppi futuri. La gestione della GD è essenziale per garantire la stabilità della rete elettrica, per questo motivo si è anche toccato l'argomento delle Smart Grids e della loro diffusione a livello europeo. Sono state infine analizzate le prospettive future di crescita in tale settore a livello normativo e tecnologico.

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SOFT SKILLS LE PROSPETTIVE DELLA GENERAZIONE DISTRIBUITA Docente: prof. Valenti Gianluca Relazione di: Vitali Andrea Pitscheider Luca Mastrorosa Marco Staiti Dario
XXXXXXXXXXXXXX SOMMARIO • Definizione • Contesto italiano • Fonti energetiche protagoniste • Sistemi di accumulo • Smart grids • Prospettive future • Conclusioni GENERAZIONE DISTRIBUITA
XXXXXXXXXXXXXX DEFINIZIONE Microgenerazione = sottoinsieme della generazione distribuita Fonti: International Energy Agency, European Commission, GSE.
XXXXXXXXXXXXXX CONTESTO ITALIANO
XXXXXXXXXXXXXX MOTIVAZIONI RECENTE DIFFUSIONE
XXXXXXXXXXXXXX MOTIVAZIONI RECENTE DIFFUSIONE Legislative • Fine del monopolio Enel • Nascita mercato elettrico • Basi favorevoli per la creazione dei “prosumers†(producers -consumers) • Assetto verticalmente integrato • Gestione da parte di Enel di •Produzione •Importazione •Trasmissione •Distribuzione •Vendita
XXXXXXXXXXXXXX STRUTTURA RETE ITALIANA • Alta(220kV) e altissima(380kV) tensione • Una delle migliori a livello europeo grazie a: • lunghezza estesa • sistemi di protezione avanzati • struttura magliata • fibra ottica implementata • Dispacciamento Rete di Trasmissione • Media (15-20kV) e bassa (220V) tensione • Struttura radiale studiata per flussi unidirezionali • Telecontrollo Rete di Distribuzione
XXXXXXXXXXXXXX STRUTTURA RETE ITALIANA TELECONTROLLO CONTROLLO IN TEMPO REALE INDIVIDUAZIONE GUASTI RIATTIVAZION E RAPIDA DISSERVIZI REALIZZAZIONE VARIAZIONE ASSETTI DI RETE
XXXXXXXXXXXXXX STRUTTURA RETE ITALIANA
XXXXXXXXXXXXXX GENERAZIONE DISTRIBUITA IN ITALIA 1 Fonte: rapporto GSE sul monitoraggio della generazione distribuita in Italia 2011 •10% sulla produzione totale •Globalmente 81,4% proveniente da fonti rinnovabili • Maggiori contributi da fonte fotovoltaica e idroelettrica
XXXXXXXXXXXXXX GENERAZIONE DISTRIBUITA IN ITALIA 1 • Incremento esponenziale fonte solare, principalmente dovuto a incentivi statali favorevoli Fonte: rapporto GSE sul monitoraggio della generazione distribuita in Italia 2011
XXXXXXXXXXXXXX FONTI ENERGETICHE PROTAGONISTE 1
XXXXXXXXXXXXXX FONTI ENERGETICHE PROTAGONISTE 1 • Per definizione di generazione distribuita: PNOMINALE<10MW
XXXXXXXXXXXXXX SOLARE FOTOVOLTAICO 1 ASSETTI POSSIBILI GENERAZIONE DISTRIBUITA ADATTO INADATTO INTEGRATI SU EDIFICI ï A CONCENTRAZIONE ï GRANDI IMPIANTI A TERRA ï Fonte:Distributed power generation in Europe: techincal issues for further application
XXXXXXXXXXXXXX IDROELETTRICO 1 ASSETTI POSSIBILI TEMPO D’INVASO GENERAZIONE DISTRIBUITA ADATTO INADATTO AD ACQUA FLUENTE <2h ï A BACINO 2h < t < 400h ï A SERBATOIO t > 400h ï POMPAGGIO - ≈ ≈ IN CONDOTTE 0 ï Fonte:Distributed power generation in Europe: techincal issues for further application
XXXXXXXXXXXXXX BIOMASSE - BIOGAS 1 ASSETTI POSSIBILI TIPO BIOMASSA GENERAZIONE DISTRIBUITA ADATTO INADATTO CICLI A VAPORE SOLIDA ï GRUPPI ELETTROGENI LIQUIDA ï TURBOGAS GASSOSA ï Fonte:Distributed power generation in Europe: techincal issues for further application
XXXXXXXXXXXXXX EOLICO 1 ASSETTI POSSIBILI GENERAZIONE DISTRIBUITA ADATTO INADATTO ROTORE SINGOLO ORIZZONTALE ï ROTORE SINGOLO VERTICALE ï WIND FARM ï OFFSHORE ï Fonte:Distributed power generation in Europe: techincal issues for further application
XXXXXXXXXXXXXX NON RINNOVABILI 1 TURBINE E MICROTURBINE GRUPPI ELETTROGENI •Microturbine per soddisfare cogenerazione, M.C.I per soddisfare picchi di richiesta Fonte:Distributed power generation in Europe: techincal issues for further application
XXXXXXXXXXXXXX SISTEMI DI ACCUMULO 1
XXXXXXXXXXXXXX SISTEMI DI ACCUMULO 2 Fonte: Smart Grid report – Energy & Strategy Group, Politecnico di Milano
XXXXXXXXXXXXXX CLASSIFICAZIONE SISTEMI DI ACCUMULO 2 CLASSIFICAZIONE IN BASE A Fonte: Smart Grid report – Energy & Strategy Group, Politecnico di Milano
XXXXXXXXXXXXXX TECNOLOGIE SISTEMI DI ACCUMULO 2 ELETTROCHIMICI (ENERGY) (ENERGY+POWER) (POWER) INTENSIVE
XXXXXXXXXXXXXX TECNOLOGIE SISTEMI DI ACCUMULO 2 MECCANICI (ENERGY) (ENERGY+POWER) (POWER) INTENSIVE
XXXXXXXXXXXXXX TECNOLOGIE SISTEMI DI ACCUMULO 2 ELETTRICI (ENERGY) (ENERGY+POWER) (POWER) INTENSIVE
XXXXXXXXXXXXXX TECNOLOGIE SISTEMI DI ACCUMULO 2 ACCUMULATORI AL Li VOLANI SUPERCONDENSATORI ACCUMULATORI AD ELETTROLITA ACQUOSO ELETTRODI AD ALTA TEMPERATURA CAES (ENERGY) (ENERGY+POWER) (POWER) INTENSIVE
XXXXXXXXXXXXXX SMART GRIDS 2
XXXXXXXXXXXXXX 2SMART GRIDS INDISPENSABILI PER LA GENERAZIONE DISTRIBUITA • Reti intelligenti che coniugano centrali tradizionali e impianti di produzione da fonti rinnovabili attraverso soluzioni digitali • Coordinazione tra produttori, consumatori e rete in MT (15-20kV) • Incentivazione alla partecipazione attiva dei clienti (prosumers) Cosa sono
XXXXXXXXXXXXXX VIRTUAL POWER PLANT 2 • Software di gestione atto ad aggregare i diversi piccoli impianti e trattarli come se fossero un tutt'uno. •Utilizzo di modelli offline contenenti informazioni su offerta energetica e relativi contratti di vendita
XXXXXXXXXXXXXX VANTAGGI SMART GRIDS 2
XXXXXXXXXXXXXX VANTAGGI SMART GRIDS 3
XXXXXXXXXXXXXX VANTAGGI SMART GRIDS 3 Restano dubbi sulla maturità, sostenibilità e applicabilità futura delle tecnologie in gioco
XXXXXXXXXXXXXX DIFFUSIONE SMART GRIDS IN EUROPA 3 • Maggior diffusione nel nord Europa, soprattutto in Danimarca e Paesi Bassi Fonte:European Commission – Institute for energy and transport
XXXXXXXXXXXXXX DIFFUSIONE SMART GRIDS IN EUROPA 3 • 7 nazioni (Danimarca, Germania, Italia, Spagna, Francia, Regno Unito e Austria) coprono il 70% del numero totale di progetti in Europa • Danimarca paese che in assoluto punta di più sulla ricerca e sviluppo Fonte:European Commission – Institute for energy and transport
XXXXXXXXXXXXXX PROSPETTIVE FUTURE 3
XXXXXXXXXXXXXX AUTO ELETTRICHE E SMART GRIDS 3 • Interessanti applicazioni nei sistemi smart grid: NECESSITA DIFFUSIONE CAPILLARE DI UN’INFRASTRUTTURA DI RICARICA, SIA PUBBLICA CHE PRIVATA
XXXXXXXXXXXXXX MICROGRIDS 3 Reti di bassa tensione (220V) che inglobano piccoli impianti di generazione, sistemi di accumulo ed un numero ristretto di carichi nell'area di interesse • Possibilità di trasformarsi in reti “a isola†in caso di guasto della rete principale, e di risincronizzarsi ad essa successivamente • Potenza compresa tra poche centinaia di kW a qualche MW VANTAGGI RISPETTO A SISTEMA CON SOLE SMART GRIDS
XXXXXXXXXXXXXX GRID PARITY 3 Il primo passo verso l'affermazione della GD, dal punto vista dell'evoluzione dei mercati, è il raggiungimento della definita come “parità fra il costo di produzione dell’energia elettrica da un impianto e il costo di acquisto dell’energia stessa dalla rete. Tuttavia si considera la grid parity raggiunta anche quando l’investimento in un impianto sarà economicamente conveniente, in termini di rendimento dell’investimento stesso, anche in assenza di incentivi†GRID PARITY Fonte: studio “QualEnergia†– Università di Padova
XXXXXXXXXXXXXX POTENZIALE ECONOMICO 3 Studio effettuato dal Politecnico di Milano per conto di ANIE sul potenziale economico di generazione distribuita e smart grid al 2020 1° SCENARIO: quadro normativo non favorevole 2° SCENARIO: quadro normativo favorevole Fonte: ANIE - Confindustria
XXXXXXXXXXXXXX SMART GRIDS STRATEGIC RESEARCH AGENDA 2035 3 • Riduzione delle emissioni di CO2 di un ulteriore 40% (rispetto al piano 20- 20-20) dal 2020 al 2050 ENERGY ROADMAP 2050 OPPORTUNITA PER LA GENERAZIONE DISTRIBUITA • Tutela legislativa dei soggetti partecipanti al business della GD • Nuove tariffe • Regolamentazione mercato per favorire la transizione verso la GD e la diffusione di infrastrutture •Promuovere incentivi per sensibilizzare i cittadini SMART GRIDS STRATEGIC RESEARCH AGENDA 2035 Fonte: Smart Grids Strategic Research Agenda 2035 – European Commisson
XXXXXXXXXXXXXX SMART GRIDS STRATEGIC RESEARCH AGENDA 2035 4 •Il prezzo dell’elettricità aumenterà fino al 2030 (a causa della sostituzione degli impianti più obsoleti), per poi subire un crollo grazie ai benefici della generazione distribuita CONSEGUENZE Fonte: Smart Grids Strategic Research Agenda 2035 – European Commisson
XXXXXXXXXXXXXX CONCLUSIONI 4 • Strategia a lungo termine, accompagnata da una transizione lenta e graduale • Continui investimenti nella ricerca soprattutto nei campi in cui è presente un maggior margine di sviluppo (accumulatori) • Sistema legislativo e di incentivi sostenibile, per evitare crescita incontrollata e potenzialmente dannosa (caso. Fotovoltaico in Italia) e per non essere esclusi dal contesto evolutivo europeo. • Adeguamento dell’infrastruttura di distribuzione elettrica CONCLUSIONI
XXXXXXXXXXXXXX RINGRAZIAMENTI GRAZIE PER L’ATTENZIONE 4
XXXXXXXXXXXXXX RIFERIMENTI • IEA - International Energy Agency • European Commission – Institute for Energy and Transport (joint research) • Rapporto GSE sul monitoraggio della generazione distribuita in Italia 2011 – Gestore dei servizi energetici • Distributed power generation in Europe: Techincal issues for further application – L’Abbate, Fulli, Starr, Peteves - European Commission (Institute for Energy) • Smart Grid Report – Energy & Strategy Group -Politecnico di Milano • Studio “QualEnergia†– Università di Padova • ANIE – Confindustria • Smart Grids Strategic Research Agenda 2035 – European Commisson (Institute for Energy) 4

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  • 3. XXXXXXXXXXXXXX DEFINIZIONE Microgenerazione = sottoinsieme della generazione distribuita Fonti: International Energy Agency, European Commission, GSE.
  • 6. XXXXXXXXXXXXXX MOTIVAZIONI RECENTE DIFFUSIONE Legislative • Fine del monopolio Enel • Nascita mercato elettrico • Basi favorevoli per la creazione dei “prosumers†(producers -consumers) • Assetto verticalmente integrato • Gestione da parte di Enel di •Produzione •Importazione •Trasmissione •Distribuzione •Vendita
  • 7. XXXXXXXXXXXXXX STRUTTURA RETE ITALIANA • Alta(220kV) e altissima(380kV) tensione • Una delle migliori a livello europeo grazie a: • lunghezza estesa • sistemi di protezione avanzati • struttura magliata • fibra ottica implementata • Dispacciamento Rete di Trasmissione • Media (15-20kV) e bassa (220V) tensione • Struttura radiale studiata per flussi unidirezionali • Telecontrollo Rete di Distribuzione
  • 8. XXXXXXXXXXXXXX STRUTTURA RETE ITALIANA TELECONTROLLO CONTROLLO IN TEMPO REALE INDIVIDUAZIONE GUASTI RIATTIVAZION E RAPIDA DISSERVIZI REALIZZAZIONE VARIAZIONE ASSETTI DI RETE
  • 10. XXXXXXXXXXXXXX GENERAZIONE DISTRIBUITA IN ITALIA 1 Fonte: rapporto GSE sul monitoraggio della generazione distribuita in Italia 2011 •10% sulla produzione totale •Globalmente 81,4% proveniente da fonti rinnovabili • Maggiori contributi da fonte fotovoltaica e idroelettrica
  • 11. XXXXXXXXXXXXXX GENERAZIONE DISTRIBUITA IN ITALIA 1 • Incremento esponenziale fonte solare, principalmente dovuto a incentivi statali favorevoli Fonte: rapporto GSE sul monitoraggio della generazione distribuita in Italia 2011
  • 13. XXXXXXXXXXXXXX FONTI ENERGETICHE PROTAGONISTE 1 • Per definizione di generazione distribuita: PNOMINALE<10MW
  • 14. XXXXXXXXXXXXXX SOLARE FOTOVOLTAICO 1 ASSETTI POSSIBILI GENERAZIONE DISTRIBUITA ADATTO INADATTO INTEGRATI SU EDIFICI ï A CONCENTRAZIONE ï GRANDI IMPIANTI A TERRA ï Fonte:Distributed power generation in Europe: techincal issues for further application
  • 15. XXXXXXXXXXXXXX IDROELETTRICO 1 ASSETTI POSSIBILI TEMPO D’INVASO GENERAZIONE DISTRIBUITA ADATTO INADATTO AD ACQUA FLUENTE <2h ï A BACINO 2h < t < 400h ï A SERBATOIO t > 400h ï POMPAGGIO - ≈ ≈ IN CONDOTTE 0 ï Fonte:Distributed power generation in Europe: techincal issues for further application
  • 16. XXXXXXXXXXXXXX BIOMASSE - BIOGAS 1 ASSETTI POSSIBILI TIPO BIOMASSA GENERAZIONE DISTRIBUITA ADATTO INADATTO CICLI A VAPORE SOLIDA ï GRUPPI ELETTROGENI LIQUIDA ï TURBOGAS GASSOSA ï Fonte:Distributed power generation in Europe: techincal issues for further application
  • 17. XXXXXXXXXXXXXX EOLICO 1 ASSETTI POSSIBILI GENERAZIONE DISTRIBUITA ADATTO INADATTO ROTORE SINGOLO ORIZZONTALE ï ROTORE SINGOLO VERTICALE ï WIND FARM ï OFFSHORE ï Fonte:Distributed power generation in Europe: techincal issues for further application
  • 18. XXXXXXXXXXXXXX NON RINNOVABILI 1 TURBINE E MICROTURBINE GRUPPI ELETTROGENI •Microturbine per soddisfare cogenerazione, M.C.I per soddisfare picchi di richiesta Fonte:Distributed power generation in Europe: techincal issues for further application
  • 20. XXXXXXXXXXXXXX SISTEMI DI ACCUMULO 2 Fonte: Smart Grid report – Energy & Strategy Group, Politecnico di Milano
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  • 27. XXXXXXXXXXXXXX 2SMART GRIDS INDISPENSABILI PER LA GENERAZIONE DISTRIBUITA • Reti intelligenti che coniugano centrali tradizionali e impianti di produzione da fonti rinnovabili attraverso soluzioni digitali • Coordinazione tra produttori, consumatori e rete in MT (15-20kV) • Incentivazione alla partecipazione attiva dei clienti (prosumers) Cosa sono
  • 28. XXXXXXXXXXXXXX VIRTUAL POWER PLANT 2 • Software di gestione atto ad aggregare i diversi piccoli impianti e trattarli come se fossero un tutt'uno. •Utilizzo di modelli offline contenenti informazioni su offerta energetica e relativi contratti di vendita
  • 31. XXXXXXXXXXXXXX VANTAGGI SMART GRIDS 3 Restano dubbi sulla maturità, sostenibilità e applicabilità futura delle tecnologie in gioco
  • 32. XXXXXXXXXXXXXX DIFFUSIONE SMART GRIDS IN EUROPA 3 • Maggior diffusione nel nord Europa, soprattutto in Danimarca e Paesi Bassi Fonte:European Commission – Institute for energy and transport
  • 33. XXXXXXXXXXXXXX DIFFUSIONE SMART GRIDS IN EUROPA 3 • 7 nazioni (Danimarca, Germania, Italia, Spagna, Francia, Regno Unito e Austria) coprono il 70% del numero totale di progetti in Europa • Danimarca paese che in assoluto punta di più sulla ricerca e sviluppo Fonte:European Commission – Institute for energy and transport
  • 35. XXXXXXXXXXXXXX AUTO ELETTRICHE E SMART GRIDS 3 • Interessanti applicazioni nei sistemi smart grid: NECESSITA DIFFUSIONE CAPILLARE DI UN’INFRASTRUTTURA DI RICARICA, SIA PUBBLICA CHE PRIVATA
  • 36. XXXXXXXXXXXXXX MICROGRIDS 3 Reti di bassa tensione (220V) che inglobano piccoli impianti di generazione, sistemi di accumulo ed un numero ristretto di carichi nell'area di interesse • Possibilità di trasformarsi in reti “a isola†in caso di guasto della rete principale, e di risincronizzarsi ad essa successivamente • Potenza compresa tra poche centinaia di kW a qualche MW VANTAGGI RISPETTO A SISTEMA CON SOLE SMART GRIDS
  • 37. XXXXXXXXXXXXXX GRID PARITY 3 Il primo passo verso l'affermazione della GD, dal punto vista dell'evoluzione dei mercati, è il raggiungimento della definita come “parità fra il costo di produzione dell’energia elettrica da un impianto e il costo di acquisto dell’energia stessa dalla rete. Tuttavia si considera la grid parity raggiunta anche quando l’investimento in un impianto sarà economicamente conveniente, in termini di rendimento dell’investimento stesso, anche in assenza di incentivi†GRID PARITY Fonte: studio “QualEnergia†– Università di Padova
  • 38. XXXXXXXXXXXXXX POTENZIALE ECONOMICO 3 Studio effettuato dal Politecnico di Milano per conto di ANIE sul potenziale economico di generazione distribuita e smart grid al 2020 1° SCENARIO: quadro normativo non favorevole 2° SCENARIO: quadro normativo favorevole Fonte: ANIE - Confindustria
  • 39. XXXXXXXXXXXXXX SMART GRIDS STRATEGIC RESEARCH AGENDA 2035 3 • Riduzione delle emissioni di CO2 di un ulteriore 40% (rispetto al piano 20- 20-20) dal 2020 al 2050 ENERGY ROADMAP 2050 OPPORTUNITA PER LA GENERAZIONE DISTRIBUITA • Tutela legislativa dei soggetti partecipanti al business della GD • Nuove tariffe • Regolamentazione mercato per favorire la transizione verso la GD e la diffusione di infrastrutture •Promuovere incentivi per sensibilizzare i cittadini SMART GRIDS STRATEGIC RESEARCH AGENDA 2035 Fonte: Smart Grids Strategic Research Agenda 2035 – European Commisson
  • 40. XXXXXXXXXXXXXX SMART GRIDS STRATEGIC RESEARCH AGENDA 2035 4 •Il prezzo dell’elettricità aumenterà fino al 2030 (a causa della sostituzione degli impianti più obsoleti), per poi subire un crollo grazie ai benefici della generazione distribuita CONSEGUENZE Fonte: Smart Grids Strategic Research Agenda 2035 – European Commisson
  • 41. XXXXXXXXXXXXXX CONCLUSIONI 4 • Strategia a lungo termine, accompagnata da una transizione lenta e graduale • Continui investimenti nella ricerca soprattutto nei campi in cui è presente un maggior margine di sviluppo (accumulatori) • Sistema legislativo e di incentivi sostenibile, per evitare crescita incontrollata e potenzialmente dannosa (caso. Fotovoltaico in Italia) e per non essere esclusi dal contesto evolutivo europeo. • Adeguamento dell’infrastruttura di distribuzione elettrica CONCLUSIONI
  • 43. XXXXXXXXXXXXXX RIFERIMENTI • IEA - International Energy Agency • European Commission – Institute for Energy and Transport (joint research) • Rapporto GSE sul monitoraggio della generazione distribuita in Italia 2011 – Gestore dei servizi energetici • Distributed power generation in Europe: Techincal issues for further application – L’Abbate, Fulli, Starr, Peteves - European Commission (Institute for Energy) • Smart Grid Report – Energy & Strategy Group -Politecnico di Milano • Studio “QualEnergia†– Università di Padova • ANIE – Confindustria • Smart Grids Strategic Research Agenda 2035 – European Commisson (Institute for Energy) 4