Ampliare le risorse delle centrali elettriche virtuali, espandere la penetrazione delle energie rinnovabili
Il panorama energetico mondiale è in una fase di rapida evoluzione: le centrali elettriche convenzionali di grandi dimensioni stanno venendo sostituite da risorse energetiche distribuite (RES) più piccole e decentralizzate, spesso costituite da fonti energetiche rinnovabili (FER). Le centrali elettriche virtuali (CEV) sono entrate in scena per aggregare RES su media scala (con almeno 2 Megawatt di capacità), come il solare, l’eolico e la biomassa. Questi sistemi prevedono, distribuiscono e scambiano attivamente la potenza e la flessibilità delle RES aggregate, svolgendo un importante ruolo nello stabilizzare la tensione della rete elettrica a fronte di FER intermittenti a origine solare ed eolica. Con l’aumento della penetrazione delle FER, aumenta anche la necessità di stabilizzarne la frequenza e la tensione. Il progetto EdgeFLEX, finanziato dall’UE, ha consentito di rispondere a questa esigenza. La sua piattaforma offre operazioni del tipo «service to grid» rapide e dinamiche e mette al contempo le CEV nella condizione di sostenere le comunità energetiche locali raggruppando e vendendo l’energia prodotta a livello domestico e di piccole imprese.
Una gestione delle RES basata sul 5G e sull’edge
Il monitoraggio, il controllo e la gestione delle RES su larga scala sta diventando un ostacolo all’ampliamento della penetrazione delle FER. Le reti di comunicazione mobile 5G e l’IoT facilitano una maggiore autonomia, agevolando l’utilizzo dei margini della rete e delle reti di comunicazione per risolvere i problemi a livello locale, piuttosto che centrale. «EdgeFLEX ha creato un’interfaccia per programmi applicativi (API) 5G all’avanguardia, che renderà più semplice per i fornitori di energia la connessione e la gestione dei dispositivi sul campo, consentendo di sfruttarne la flessibilità. Il suo sviluppo ha contribuito all’adozione di tre standard di sistemi mobili globali da parte di 3GPP durante lo svolgimento del progetto», osserva Fiona Williams, coordinatrice del progetto e direttrice della ricerca presso Ericsson. Il successo della standardizzazione dell’API 5G aperta fornirà alle organizzazioni la possibilità di scegliere liberamente il fornitore di rete, garantendo loro la sicurezza di sapere che i prodotti e i servizi saranno supportati per gli anni a venire. Il progetto ha inoltre supportato la gestione delle RES basata sull’edge con la sua unità di misurazione del fasore (PMU, phasor measurement unit) ad alta velocità, unica nel proprio genere. Le PMU misurano sia l’ampiezza che l’angolo di fase della corrente e della tensione in determinati punti del sistema elettrico, sostenendo l’ottimizzazione delle operazioni di rete e la stabilità. Il concetto di edgePMU è unico in quanto effettua una separazione tra sensori e software di analisi. Il software, situato ai margini della rete, può essere aggiornato da remoto, mentre i dati dei sensori possono essere interpretati da qualsiasi software più recente, garantendo la sostenibilità e riducendo al minimo i costi di manutenzione ed esercizio.
La «frequenza complessa» semplifica la modellizzazione e il controllo delle CEV
Alla base dei servizi per la stabilizzazione della frequenza di rete, lo sviluppo di un nuovo concetto teorico chiamato «frequenza complessa» ha portato a una straordinaria quantità di pubblicazioni scientifiche nel corso del progetto, ben 39. «Il concetto di frequenza complessa estende la frequenza istantanea al dominio complesso, consentendo una semplice derivazione dei modelli e dei controllori dei dispositivi di cui è dotato il sistema di alimentazione. Si tratta di una funzione particolarmente utile per i convertitori elettronici di potenza, ovvero gli elementi costitutivi delle CEV», spiega Williams.
Trasferire le CEV alle comunità energetiche locali per un’adozione delle FER su larga scala
La piattaforma EdgeFLEX, abilitata per il 5G e l’edge, comprende componenti modulari e scalabili supportati da un’architettura open-source e consente l’implementazione e un ampliamento graduale ed economico di nuovi sistemi e servizi per le reti elettriche. Le prove sul campo hanno dimostrato che la facilità d’uso e la rapidità delle risposte dinamiche hanno incoraggiato i consumatori e le imprese locali a unirsi alle comunità energetiche delle varie zone specifiche, contribuendo alla flessibilità della rete elettrica locale. «EdgeFLEX ha dimostrato che la digitalizzazione della rete e il mantenimento della sua stabilità basato sui margini vanno di pari passo con l’aumento dell’utilizzo delle FER, l’ottimizzazione dello scambio e della gestione dell’energia a livello locale e regionale e la riduzione delle emissioni di CO2», conclude Williams. Grazie alla stabilizzazione della frequenza e al 5G, è giunta l’ora di preparasi a un’implementazione più massiccia di CEV e FER.
Parole chiave
EdgeFLEX, RES, energia, FER, 5G, CEV, PMU, centrali elettriche virtuali, risorse energetiche distribuite, fonti energetiche rinnovabili
