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OrizzontEnergia

Controllo e Bilanciamento

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UNA RETE IN CONTINUO EQUILIBRIO

IL CONTROLLO DELLA RETE
Non essendo per ora cumulabile, se non negli impianti di pompaggio, all’energiaenergia
Fisicamente parlando, l'energia è definita come la capacità di un corpo di compiere lavoro e le forme in cui essa può presentarsi sono molteplici a livello macroscopico o a livello atomico. L'unità di misura derivata del Sistema Internazionale è il joule (simbolo J)
immessa in rete deve corrispondere in tempo reale una richiesta comparabile e viceversa ovvero il bilancio fra produzione e consumo deve essere costantemente bilanciato. Si tratta di un’attività, il dispacciamentodispacciamento
Energia elettrica:
Attività di gestione, istante per istante, dei flussi di energia elettrica consumata e dei flussi di energia elettrica prodotta in modo da garantire un costante equilibrio tra domanda e offerta. L'energia elettrica, infatti, è un bene che non si può immagazzinare, quindi a fronte di una richiesta deve esserci necessariamente un punto di produzione in tempo reale. Queste operazioni, molto complesse, sono svolte da Terna.
Gas naturale:
Attività di gestione del sistema di trasporto e distribuzione del gas per rendere disponibile, in qualsiasi momento e in ogni punto della rete, la quantità di gas richiesta.
, svolta da Terna per il sistema nazionale.

Per questo motivo sono importanti sia le previsioni di disponibilità di generazione elettrica che quelle di consumo, che avvengono attraverso la comunicazione di diagrammi di carico, ovvero di quanto e quando l’utenza industriale o residenziale è prevista consumare nell’arco della giornata, settimana, mese, anno.
Domanda Elettrica Nazionale

Il sistema elettrico deve essere tarato per soddisfare in sicurezza i livelli di consumi più alti, ovvero i periodi di punta che si registrano in corrispondenza dei periodi più caldi a seguito dell’utilizzo dei condizionatori o di particolari momenti della giornata in cui gli impianti industriali sono operativi, e ottimizzare le forniture in ogni circostanza.

La massima richiesta di potenzapotenza
Grandezza data dal rapporto tra il lavoro (sviluppato o assorbito) e il tempo impiegato a compierlo. Indica la rapidità con cui una forza compie lavoro. Nel Sistema Internazionale si misura in watt (W).
elettrica nel 2013 è stata di 53.942 MW, registrata il 26 Luglio 2013 ore 12.

Attraverso un sofisticato sistema di controllo e analisi dei flussi elettrici in tempo reale presso il Centro nazionale di controllo, TERNA garantisce la continuità e sicurezza della rete programmando le immissioni di energia dalle centrali, il ritiro dei consumatori, la gestione tecnica della rete di trasmissionetrasmissione
Attività di trasporto dell'elettricità sulla rete a partire dai centri di produzione sino ai centri di utilizzo. Il maggiore proprietario della rete di trasmissione nazionale dell'energia elettrica ad alta tensione è Terna.
e dei suoi servizi ausiliari.

A sostegno del sistema TERNA ha definito i parametri che devono essere rispettati e le caratteristiche tecniche degli impianti di produzione (Codice di trasmissione, dispacciamento, sviluppo e sicurezza della Rete).

In particolare alla rete deve essere garantita una corrente a costante tensionetensione
Grandezza fisica che rappresenta l'energia necessaria a far fluire una carica elettrica tra due punti, per creare una corrente. Nel Sistema Internazionale si misura in Volt. Le linee elettriche possono essere ad altissima tensione (tensione nominale superiore a 150 kV), alta tensione (compresa fra 35 e 150 kV), media tensione (compresa fra 1 e 35 kV) e a bassa tensione (tensione inferiore a 1 kV).
e frequenza (50 Hz) affinché tutto funzioni regolarmente e a questo fine sono previsti degli aggiustamenti automatici da parte dei produttori di energia ed interventi che invece vengono richiesti in tempo reale dal gestore della rete ogniqualvolta si presentino guasti o scostamenti oltre a determinati livelli di tollerabilità.

La potenza immessa in rete infatti deve essere in equilibrio con la richiesta dei carichi – ovvero i consumi. Un eventuale sbilanciamento viene compensato con una variazione dell’energia cineticaenergia cinetica
Energia di movimento, ovvero l'energia che un corpo possiede in virtù del fatto che si sta muovendo. La massa d'acqua di una cascata possiede energia cinetica, per esempio. Un corpo di massa M, infatti, muovendosi a velocità V, ha in sé la capacità di compiere un lavoro, ovvero di 'far muovere' qualcos'altro mentre cade o si muove. L'energia cinetica è data dall'espressione: Ec=1/2 x M x V2.
delle macchine presso i generatori e quindi uno scostamento della frequenza, che deve essere compensato. Un eccessivo scostamento può infatti danneggiare gli apparati elettrici collegati alla rete.

SISTEMI DI BILANCIAMENTO
Il primo strumento di compensazione degli squilibri sulla rete è la regolazione primaria della frequenza: gli impianti di generazione sono in grado di variare la potenza immessa nella rete in base alle variazioni della frequenza registrate, attraverso sistemi automatici che regolano la velocità della turbina. Si tratta di misure che devono essere messe in atto con tempi di reazione di 30 secondi.

L’impianto di generazione deve dunque fornire una certa flessibilità di produzione per seguire le variazioni dei carichi a seguito di guasti o mancata produzione da parte di alcuni impianti.

In realtà questo servizio è obbligatorio e non remunerato per le unità di produzione sopra i 10 MW (eccetto le rinnovabili non programmabili: fotovoltaico, eolico, idroelettrico fluente). Ogni unità deve tenere a disposizione ±1.5% della propria potenza nominalepotenza nominale
Potenza massima a cui una macchina può funzionare in determinate condizioni, generalmente specificate dal costruttore.
, da riservare alla regolazione primaria.

Rete ElettricaAl termine di questo rapido intervento da parte della regolazione primaria, il sistema ritrova il sue equilibrio ma la frequenza non è esattamente tornata ai valori nominali di 50 Hz.

A questo punto è richiesto all’unità di generazione un ulteriore aggiustamento (regolazione secondaria della frequenza) per contribuire a riportare la frequenza al livello nominale nell’arco di 15 minuti. Anche questa è una regolazione che l’impianto effettua automaticamente.

A differenza della regolazione primaria, in Italia questo tipo di disponibilità, pur essendo obbligatoria, viene retribuita. Tutte le unità qualificate per questo servizio obbligatoriamente devono offrire sul Mercato per il Servizio di DispacciamentoMercato per il Servizio di Dispacciamento
Mercato in cui si scambia energia per la risoluzione di eventuali congestioni, per i mergini di riserva e per il bilanciamento del sistema elettrico.
(MSD), gestito dal GME, almeno ±15% (impianti idroelettrici) o ±6% della potenza efficiente (impianti termoelettrici).

Ultimo strumento è la regolazione terziaria della frequenza, che ristabilisce ed assicura le condizioni di futuri interventi, ripristinando la disponibilità della riserva di potenza associata alla regoazione secondaira tale da poter assolvere a successivi interventi di regolazione secondaria e ripartisce in modo ottimale il carico fra i gruppi di uno stesso impianto.

La regolazione terziaria è invece manuale ed è attivata solo a seguito di una richiesta esplicita di TERNA. Le unità di produzione hanno la possibilità di effettuare offerte di disponibilità sul mercato per riserva pronta (attivabile entro 15 minuti dalla richiesta) o di sostituzione (attivabile entro 60 minuti dalla richiesta).

LIMITI E COSTI DEL SISTEMA ELETTRICO
Ogni tipologia di impianto ha diverse capacità reattive ed è importante sfruttare al meglio le diverse caratteristiche in termini di rapidità ed ampiezza di intervento. Ad esempio gli impianti termoelettrici tradizionali possono fornire il loro contributo con tempi di risposta differenti a seconda delle tecnologie di produzione. Gli impianti da fonti rinnovabilifonti rinnovabili
Una risorsa è detta rinnovabile se, una volta utilizzata, è in grado di rigenerarsi attraverso un processo naturale in tempistiche paragonabili con le tempistiche di utilizzo da parte dell'uomo. Sono considerate quindi risorse rinnovabili:
- il sole
- il vento
- l'acqua
- la geotermia
- le biomasse
non programmabili hanno minore possibilità di offrire servizi per bilanciare il sistema quando necessario; in particolare non sono in grado di fornire incrementi di potenza in quanto la potenza erogata dipende dalla disponibilità della risorse naturale (es.irraggiamentoirraggiamento
Meccanismo di trasmissione del calore per mezzo di onde elettromagnetiche. A differenza della conduzione e della convezione, l'irraggiamento può anche avvenire nel vuoto (è così che si propaga il calore dal Sole alla Terra).  Tutti i corpi emettono delle radiazioni perché tutti i corpi possiedono una determinata temperatura; tuttavia l'entità dello scambio termico dipende dalla natura dei corpi, dalla loro reciproca posizione, dall'eventuale assorbimento del mezzo interposto e dalla temperatura delle loro superfici. La quantità di calore emessa da un corpo per irraggiamento, infatti, è proporzionale alla quarta potenza della temperatura. Questo significa che al crescere della temperatura l'irraggiamento diventa il meccanismo di conduzione del calore preponderante, rispetto alla conduzione e alla convezione.
solare) in quel momento.

Questi servizi di flessibilità e sicurezza per il sistema elettrico, forniti dagli impianti di generazione, sono definiti Servizi di Dispacciamento che gli impianti di produzione rendono diaponibili a TERNA. Quest’ultima quindi si può avvalere di disponibilità da parte dei produttori ma ad un costo che ricade sui consumatori: minore la programmabilità del sistema, maggiore lo sbilanciamento ed i relativi costi di adeguamento sulla rete.

Un altro vincolo tecnico della rete di cui TERNA deve tenere conto è la capacità di trasporto e scambioscambio
Scambio tra energia elettrica immessa ed energia elettrica prelevata, nel caso in cui l'immissione e il prelievo avvengono in momenti differenti.
fra le zone in cui la rete è divisa. Per evitare eventuali congestioni i produttori si rendono disponibili a ridurre od aumentare la potenza da immettere da parte dei propri impianti al fine di risolvere le congestioni sulla rete, garantendo che i flussi di potenza sulle linee avvengano sempre nel rispetto dei limiti tecnici.

Un altro costo sono i necessari adeguamenti fisici della rete: i potenziamenti per soddisfare la domanda elettricadomanda elettrica
Quantità di energia elettrica che deve transitare sulla rete calcolata come la somma dei consumi degli utenti e delle perdite sulla rete. È sinonimo di fabbisogno elettrico.
, i nuovi allacciamenti per far fronte alle connessioni di nuovi impianti, gli interventi strutturali per aumentare l’efficienza e ridurre i costi di sistema, minimizzando le congestioni di rete ed ottimizzando le interconnessioni con l’estero.

INFLUENZA DELLE TECNOLOGIE DI GENERAZIONE SULLA RETE
Oltre ai costi sostenuti dall’investitore per la sua costruzione, nel valutare l’impatto economico di qualsiasi impianto di generazione elettrica andrebbero anche presi in considerazione i costi/benefici indotti sulla rete in termini di:
Necessità di potenziare la rete o creare linee di connessione; Capacità di contribuire alla regolazione della frequenza di rete; Scarsa programmabilità e conseguenti esigenze di bilanciamento della rete; Necessità di disporre di impianti convenzionali che coprano la domanda in caso di mancato apporto delle fonti rinnovabili non programmabili.

Questi costi in realtà gravano sui consumatori tramite specifici corrispettivi presenti nella bolletta.

Le singole tecnologie di generazione influenzano infatti in modi diversi il funzionamento della rete in base alle loro caratteristiche tecniche e programmabilità della produzione e conseguentemente possono necessitare interventi onerosi o viceversa fornire strumenti di flessibilità per prevenire o ridurre congestioni o altre perturbazioni che potrebbero condizionare la gestione regolare e la sicurezza del sistema elettrico.

Ad esempio le fonti di generazione tradizionale termoelettrica e l’idroelettrico da accumulo offrono ampi servizi di riserva per eventuali indisponibilità delle fonti rinnovabili non programmabili.

Fra le rinnovabili non programmabili l’idroelettrico ad acqua fluente è caratterizzato dalla minore variabilità e maggiore prevedibilità, in quanto la portata del corso d’acqua non varia repentinamente e generalmente ha un andamento stagionale. Lo stesso vale per l’idroelettrico a serbatoio, che, grazie alla sua programmabilità, è in grado di fornire anche servizi di riserva.

La fonte solare è invece più variabile ma parzialmente prevedibile in base agli orari del giorno e della notte e delle stagioni, se pur influenzata da fenomeni meteorologici (nuvolosità).

L’eolico ha il livello maggiore sia di variabilità che di aleatorietà, pur con qualche mitigazione resa possibile da modelli previsionali, in ragione della mutabilità del vento e del fatto che la potenza generabile da una pala eolica è in proporzione al cubo della velocità del vento.
C’è però da considerare che maggiormente la generazione eolica è distribuita in aree con caratteristiche meteorologiche diverse, minore è l’effetto aleatorio sul sistema globale. Viceversa, maggiore è la concentrazione in un’area, particolarmente se con specifici limiti di connessione con aree circostanti, come si è verificato in Sardegna, maggiore è l’aleatorietà indotta sul sistema.

Oltre a considerazioni puramente connesse al funzionamento del processo di generazione elettrica, le singole tecnologie influenzano anche i costi di sviluppo della rete, richiedendo interventi di adeguamento sulle linee e sulle cabine in base alla loro localizzazione più o meno decentrata.

Inoltre la scarsa prevedibilità di alcune fonti, particolarmente l’eolico, rendono più complesso programmare i flussi di potenza per il giorno successivo, per garantire il bilanciamento dei carichi previsti.

Per quanto riguarda i servizi di regolazione della frequenza, che in una prima fase richiedono interventi nell’arco di secondi, l’idroelettrico a bacino o serbatoio è la soluzione elettiva, avendo potenza erogabile in tempi rapidissimi. Per compensare rapide variazioni di carico si ricorre poi ai turbogas e l’idroelettrico fluente. Gli ultimi chiamati ad intervenire sono gli impianti a vapore o ciclo combinatociclo combinato
Si parla di ciclo combinato quando i gas di scarico in uscita da una turbina a gas vengono impiegati come sorgente di calore per un ciclo a vapore, essendo a temperatura molto alta (circa 600°C). Si tratta in pratica di far funzionare in cascata una turbina a gas e un impianto a vapore, ottimizzando in questo modo il recupero delle 'potenzialità energetiche' dei gas di scarico (la conversione in energia meccanica è tanto più efficiente quanto più i di scarico sono caldi).
, che hanno grande ampiezza di intervento ma tempi di avviamento meno rapidi.

A grandi linee sono descritti di seguito le singole caratteristiche per ogni tecnologia.

Criticità di sviluppo della rete

Capacità di regolazione della frequenza

Bilanciamento della rete (riserva terziaria)

Disponibilità di impianti convenzionali di back up

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