Descrizione del modulo "Studio, progettazione e sviluppo di reti elettriche intelligenti (smart grids), elettromagneticamente compatibili, sia isolate che interconnesse (SP.P03.011.003)"

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  • Descrizione del modulo "Studio, progettazione e sviluppo di reti elettriche intelligenti (smart grids), elettromagneticamente compatibili, sia isolate che interconnesse (SP.P03.011.003)" (literal)
Potenziale impiego per bisogni individuali e collettivi
  • Nello scenario relativo alla definizione e realizzazione di una smart grid l'Unione Europea punta allo sviluppo della generazione distribuita da fonti rinnovabili con una forte vocazione verso le problematiche ambientali. Una Smart Grids può essere pensata come una rete elettrica che può integrare in maniera intelligente le azioni di tutti gli attori connessi alla stessa con lo scopo di ottenere una fornitura di energia che sia efficiente, sicura, economica ed ecosostenibile La realizzazione smart grids offre garanzie anche in termini di power quality e sicurezza di funzionamento dell'intero sistema di distribuzione dell'energia elettrica in quanto sarà possibile gestire in real time eventuali mal funzionamenti come indesiderati fenomeni di islanding, black out etc, che potrebbero compromettere l'erogazione e la qualità dell'energia elettrica fornita all'intera collettività. Inoltre una gestione intelligente della rete elettrica, e quindi degli utenti attivi e passivi, dei sistemi di accumulo dell'energia, etc, permetterà una maggiore efficienza nell'erogazione e distribuzione dell'energia e una conseguente riduzione dei costi a carico dei singoli e della collettività. (literal)
Tematiche di ricerca
  • Le principali tematiche di ricerca riguardano: • Sistemi di misura distribuita e telegestione per la realizzazione, il monitoraggio e la power quality di una rete elettrica intelligente isolata o interconnessa, anche in presenza di generazione distribuita; • Sistemi di comunicazione che consentano lo scambio di informazioni tra i diversi dispositivi installati nelle smart grids, isolate ed interconnesse, con particolare riferimento alla power line communication; • Sviluppo di prototipi di dispositivi innovativi e reti ad intelligenza distribuita, interfacciabili a più sistemi di telecomunicazione; • Analisi delle problematiche di compatibilità elettromagnetica in ambienti elettromagneticamente schermati di dispositivi e sistemi elettrici ed elettronici. (literal)
Competenze
  • I partecipanti al modulo hanno maturato competenze nei seguenti campi: - Tecniche per la trasmissione dati su linee di potenza; - Power Line Communication su linee di distribuzione di bassa e media tensione; - Sistemi di misura automatici; - Compatibilità Elettromagnetica; - Metodi numerici per il calcolo dei campi elettromagnetici; - Tecniche per la minimizzazione delle interferenze elettromagnetiche; - Power Quality delle reti elettriche di distribuzione; - Sensori e trasduttori; - Elaborazione numerica dei segnali ; - Programmazione di microcontrollori; - Tecniche di analisi di reti elettriche di media e bassa tensione (literal)
Potenziale impiego per processi produttivi
  • Le reti elettriche intelligenti costituiranno l'evoluzione delle attuali reti di energia elettrica, isolate e non, rispondendo alla crescente domanda di energia, all'uso sempre più ampio e diffuso di fonti d'energia rinnovabile e all'utilizzo di tecnologie informative e di comunicazione ICT (Information & Communications Technology) con particolare attenzione all'uso delle stesse reti di distribuzione come via di comunicazione per la trasmissione dei segnali di gestione e controllo (tecnologia PLC, Power Line Communication). Lo sviluppo delle Smart Grid avrà come risultati un aumento esponenziale della capacità di generazione e stoccaggio dell'energia da fonti rinnovabili, ampiamente distribuite nel territorio dell'intera comunità, anche in luoghi difficilmente accessibili o isolati, un integrazione totale delle singole reti nazionali nella Smart Grid europea, un elevato livello di qualità della fornitura in tutti i paesi dell'Unione e una partecipazione attiva dell'utenza nel mercato dell'energia. (literal)
Tecnologie
  • - Messa a punto di modelli matematici in ambiente Simulink del canale di trasmissione dei segnali di power line communications in reti eletriche di media tensione; - Modello circuitale in LTSpice di sistemi di accoppiamento per reti di media tensione; - Messa a punto di un algoritmo per l'individuazione del funzionamento in isola nelle reti elettriche in presenza di generazione distribuita; - Messa a punto di algoritmi per l'individuazione del load flow nelle reti di distribuzione; - Tecniche di ottimizzazione per l'individuazione dei punti di misura per il monitoraggio della rete elettrica; - Sistemi di telecomunicazione per lo scambio di informazioni tra i diversi dispositivi installati nella rete: wi fi, power line communication, GSM; - Tecniche di valutazione dei livelli di emissione e di immunità ai disturbi elettromagnetici di dispositivi e apparecchiature riceventi intenzionali e no, collegati a reti elettriche isolate o interconnesse. - Verifiche sul campo in una smart grid pilota di media e bassa tensione delle tecniche di gestione, di comunicazione e dei dispositivi innovativi realizzati. (literal)
Obiettivi
  • L'obiettivo generale del modulo è quello di studiare le problematiche di una smart grid e sua successiva realizzazione. In particolare, tale obiettivo generale sarà perseguito attraverso la realizzazione dei seguenti sistemi: • Sistemi di misura distribuita dei diversi parametri di rete, finalizzati al monitoraggio, alla tele gestione e alla valutazione della power quality nelle smart grids; • Sistemi di telecomunicazione con particolare riferimento alla power line communication; • Tecniche innovative per l'individuazione di funzionamenti in isola di porzioni di rete elettrica e per la valutazione dei flussi di potenza; • Dispositivi innovativi ad intelligenza distribuita per la realizzazione di una smart grid (sistemi di protezione, automazione e comunicazione con l'utente attivo e il Distributore, dispositivi di misura, sistemi di comunicazione, etc. ); • Realizzazione di una smart grid pilota; • Sistemi di analisi della compatibilità elettromagnetiche dei diversi dispositivi della smart grid (di misura, di comunicazione, di potenza, di controllo, etc.). (literal)
Stato dell'arte
  • Le reti elettriche intelligenti o 'smart grid' costituiscono l'evoluzione delle attuali reti di distribuzione di energia elettrica, isolate e non, dovuta alla crescente domanda di energia, all'espansione dell'uso di fonti d'energia rinnovabile e all'evoluzione delle tecnologie informative e di comunicazione ICT (Information & Communications Technology). Lo sviluppo e la definizione delle 'smart grid' costituisce oggi un tema di notevole interesse a livello nazionale ed internazionale come dimostrato dai piani di azione fissati dal Major Economies Forum on Energy and Climate o come evidenziato dalla programmazione comunitaria del 7 Programma Quadro (ENERGY.2007 - Smart energy networks 7.1.1 \"Develop and validate innovative control strategies and network architectures for active networks with large-scale penetration of renewable sources and distributed generation. La realizzazione di una smart grid richiede che le diverse parti del sistema elettrico siano dotate di intelligenza nelle fasi di generazione, di trasmissione e distribuzione e nella fase di consumo e utilizzo dell'energia elettrica. (literal)
Tecniche di indagine
  • - Metodi di misura delle grandezze elettriche per la caratterizzazione del canale di trasmissione di segnali di power line communications; - Messa a punto di banchi di prova per lo sviluppo sperimentale di dispositivi di interfaccia intelligenti e dispositivi di misura; - Tecniche di indagine sperimentale in ambienti elettromagneticamente schermati per la verifica della compatibilità elettromagnetica dei nuovi dispositivi elettrici intelligenti per le smart grids; - Implementazione di algoritmi per il monitoraggio della rete elettrica e per l'individuazione delle condizioni di islanding. Per lo svolgimento delle attività saranno impiegate le seguenti strumentazioni: - Laboratorio di compatibilità elettromagnetica per misure di emissione e di immunità sia condotte che radiate. - Camera semianecoica di dimensioni 9x6x5.5 m^3 e relativi strumenti di misura. - Cella GTEM 750 per misure di emissione ed immunità radiata. - Laboratorio di power line communications in scala per linee di media tensione attrezzato con: cavi di varia lunghezza e diametro; stalli di media tensione; accoppiatori capacitivi; transceiver per trasmissione di segnali con varie tecniche di modulazione. (literal)
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