ISMI - Integrated Storage for Microgrid Innovation

Un progetto per migliorare la gestione della rete nelle isole minori.

Lo scenario energetico nelle isole minori

Il sistema energetico della maggior parte delle isole minori, ossia quelle isole non elettricamente interconnesse alla terraferma, è basato su un modello tradizionale a combustibili fossili, con una produzione molto costosa e con consumi poco efficienti, nonostante nella maggior parte dei casi siano disponibili ampie risorse rinnovabili (eolico, fotovoltaico e da fonte marina). La rapida riduzione dei prezzi delle rinnovabili, gli impegni climatici e l’evoluzione normativa stanno però rapidamente cambiando questo contesto, introducendo un crescente sfruttamento di tali risorse rinnovabili.

Lo scenario delle reti isolate o debolmente connesse elettricamente alla terraferma, come quello delle isole minori che si avviano in un percorso di sostenibilità energetica, rappresenta un ambiente ideale per anticipare soluzioni mirate ad ottimizzare le scelte che porteranno ad una trasformazione della rete elettrica in smart grid.

Il progetto ISMI

Nel progetto ISMI, acronimo di Integrated Storage for Microgrid Innovation, E-Distribuzione, in qualità di soggetto Capofila, propone un programma di interventi innovativi votati a migliorare la gestione della rete delle isole minori italiane.

In queste realtà, infatti, dove la generazione principale è basata su fonti fossili, la diffusione di generazione da fonti rinnovabili non programmabili fino ad oggi è stata pressoché assente perché frenata dai problemi di coordinamento fra carico e generazione che insorgerebbero in contesti geograficamente limitati e privi di interconnessione con il sistema elettrico intercontinentale. Il progetto, che rientra all’interno del bando nazionale del MISE (ora MIMIT) “PON Grandi Progetti R&S – PON IC 2014/2020 Agenda Digitale e Industria Sostenibile”, vede coinvolta E-Distribuzione insieme ad altri partners, come delle PMI specializzate nello sviluppo di soluzioni innovative nel settore delle energie rinnovabili quali EtnaHitech e Tera srl. Il budget complessivo del progetto è di circa 6,9 milioni di euro di cui finanziati 5,40 circa.

Le attività del progetto ISMI si sono svolte nel periodo 2019-2023, il caso d’uso di riferimento è una rete di distribuzione a bassa tensione all'interno di una piccola isola dove, a causa degli elevati costi di trasporto ed approvvigionamento del combustibile, l'energia prodotta dai generatori diesel risulta molto costosa.

L'obiettivo è quello di utilizzare questo particolare ambiente per testare un'architettura di controllo e una configurazione di rete in grado di facilitare l'installazione e lo sfruttamento di sistemi di generazione distribuita (DER), che tipicamente sono scarsamente utilizzati nel contesto di reti di distribuzione isolate a causa della complessa integrazione con la rete di tali sistemi. La generazione distribuita (DER), se correttamente integrata con la rete distribuzione, all'interno del contesto precedentemente descritto può essere utilizzata per ridurre la produzione di energia del generatore diesel e coinvolgere tutti i “clienti” nella gestione e ottimizzazione della rete.

La tecnologia sviluppata per lo scenario delle reti isolate o debolmente connesse, inoltre, potrà essere potenzialmente estesa e utilizzata anche sulle normali reti di distribuzione (a seguito di eventuale aggiornamento normativo e una specifica definizione del mercato dei servizi di rete associati).

In particolare, il progetto si concentra sullo sviluppo di una strategia di controllo gerarchica basata su due diversi sistemi di controllo:

· Il controllore di rete in grado di mantenere la stabilità della rete e migliorare l'efficienza della produzione di energia attraverso la massimizzazione della produzione di DER e dei “servizi di rete”.

· Il controllore dell'impianto in grado di ricevere un vettore di controllo dal controllore di rete e di ottimizzare gli asset locali per seguire i set-point ricevuti.

Enel X Adaptive Plant Controller (APC)

L’obiettivo principale di Enel X nell’ambito del progetto è quello di sviluppare, testare e validare un sistema di controllo (chiamato Adaptive Plant Controller - APC) utilizzando una strategia di controllo basata sulla stima della produzione di energia rinnovabile e dei carichi sottesi alla stessa. L'APC sarà collegato direttamente agli asset di produzione di energia rinnovabile ed i carichi disconnettibili/prioritari oltre che al Grid Controller di E-distribuzione. L'APC deve essere in grado di ricevere specifiche richieste di controllo della potenza attiva e reattiva dal controllore di rete e di ottimizzare gli asset locali per seguire i set-point ricevuti attraverso una strategia di controllo dedicata.

La configurazione di cliente più rilevante per Enel X nell'ambito del progetto ISMI, utilizzata come riferimento per le proprie attività di sviluppo, è quella relativa a un tipico cliente commerciale e industriale (small/medium C&I) dotato di generazione da fonti rinnovabile di tipo fotovoltaico, sistemi di accumulo di energia elettrica, carichi disconnettibili (controllabili) e carichi prioritari (non controllabili).

Le funzionalità dell'APC e l'interazione con il controllore della microgrid e con i dispositivi che simulano la configurazione di un utente C&I sono sviluppate e validate in ambienti di prova differenti durante le diverse fasi di sviluppo del progetto.

1. Simulazione in scala di un cliente C&I con dispositivi fisici (Laboratorio di Passo Martino - Catania): questo ambiente di prova è costituito dai dispositivi (fotovoltaico, batterie e simulatori di carico) che simulano la configurazione di un utente C&I connessi all'APC (a sua volta connesso al controllore di rete di E-distribuzione).

2. Simulazione Software di una microrete relativa ad un’isola (Laboratorio di Bari di e-distribuzione): questo ambiente di test è costituito dall’integrazione tra il simulatore di rete di e-distribuzione ed il simulatore software della configurazione di un utente C&I di Enel x ai quali sono connessi ll'APC, il controllore di rete di e-distribuzione ed il controllore di Enel Green Power.

Infine, per testare e sviluppare gli algoritmi di controllo e ottimizzazione dell'APC (secondo quanto previsto dal progetto ISMI) è stato necessario sviluppare e utilizzare uno strumento di simulazione software (chiamato R-GridSim). Questo strumento di simulazione è in grado di replicare l'hardware controllato dall'APC (es. PCS, BESS), le fonti di energia rinnovabile ed integrarsi con gli algoritmi di ottimizzazione dell'APC per eseguire test di validazione delle logiche sviluppate. R-GridSim è dotato delle seguenti caratteristiche:

· Capacità di emulare nello scenario di simulazione ogni singolo componente di una microgrid (BESS, FV, PCS, carichi).

· Simulare l'interazione tra i componenti e una rete BT/MT all'interno di una microgrid o di una piccola porzione di rete del DSO.

· Emulare una microgrid composta da diversi dispositivi e la relativa risposta a un vettore di controllo inviato ai dispositivi controllabili.