Il progetto I-SOLE: Smart grids per le isole minori si propone di sviluppare soluzioni tecniche innovative, a basso costo e di semplice installazione, per il monitoraggio e il controllo della generazione e della distribuzione dell’energia elettrica, che possano consentire un maggiore sfruttamento delle fonti rinnovabili (FER) e dei sistemi di accumulo, garantendo la sicurezza del sistema elettrico e, al contempo, una più elevata elasticità della gestione della produzione e della richiesta di energia elettrica. In particolare il progetto è rivolto alle realtà delle reti non interconnesse, con specifico riferimento alle reti di distribuzione delle Isole Minori, per le quali il tema della sostenibilità e dello sfruttamento delle FER è di grande interesse ed attualità (cfr. Decreto del Ministero dello Sviluppo Economico del 14 febbraio 2017, “Disposizioni per la progressiva copertura del fabbisogno delle isole minori non interconnesse attraverso energia da fonti rinnovabili”). Esso infatti rappresenta una grande opportunità in termini sia economici che ambientali (riduzione del costo dell’energia, del consumo di carburante e delle emissioni degli attuali impianti di produzione da gasolio), ma pone diversi problemi di natura tecnica dovuti al maggiore impatto, rispetto al caso dei sistemi interconnessi, della generazione distribuita sulla stabilità e sicurezza della rete (variazioni di tensione e frequenza, funzionamento in isola indesiderato, inversione dei flussi di potenza, ecc.).

Per dare risposta alle suddette problematiche, il progetto I-SOLE ha per oggetto lo sviluppo e la sperimentazione sul campo di sistemi intelligenti per la generazione e la distribuzione dell’energia elettrica (“smart generation and distribution systems”, Smart Generation and Distribution Systems). Più in dettaglio, le attività del progetto riguardano:

  • la progettazione e realizzazione di sistemi innovativi di generazione, conversione ed accumulo, al fine di proporre diverse soluzioni, che consentano di sfruttare al meglio le specifiche caratteristiche delle diverse realtà isolane, sia per quanto riguarda la generazione da FER (in particolare fotovoltaico e idroelettrico) e i sistemi di accumulo, che dal punto di vista logistico e autorizzativo, sfruttando architetture di tipo decentrato o centralizzato, in relazione alle specificità delle reti in questione; 
  • la progettazione e realizzazione di dispositivi elettronici intelligenti innovativi, di nuovi algoritmi di misura e sistemi di comunicazione per il monitoraggio, la protezione e la telegestione della generazione distribuita e dei sistemi di accumulo, al fine di poterne migliorare la sicurezza e di sfruttarne appieno le potenzialità in termini di cooperazione alla stabilità ed alla regolazione di tensione e frequenza della rete;
  • la progettazione e realizzazione di sistemi di misura distribuiti, anche integrati con sistemi di smart metering di seconda generazione, per il monitoraggio dei flussi di potenza sulla rete di media tensione;
  • l’implementazione di tre “smart generation and distribution systems” pilota, presso le Isole di Ustica, Favignana e Lipari, basati sull’impiego delle diverse soluzioni sviluppate nel progetto.

I risultati attesi per il progetto hanno una notevole validità industriale, in quanto consentiranno alle aziende coinvolte di realizzare dei prodotti innovativi e di elevato interesse commerciale, sviluppando e sperimentando le soluzioni prototipali proposte sia in ambiente di laboratorio che sul campo. Le soluzioni tecniche sviluppate potranno anche essere oggetto di brevetto e ne potrà essere richiesta la certificazione. Inoltre, il progetto consentirà ai Distributori delle Isole partner del progetto di disporre di dimostratori di smart generation and distribution systems che potranno fornire una base di sviluppo per accogliere e gestire in modo ottimale nuovi impianti di generazione da FER e sistemi di accumulo, consentendo di implementare una nuova, più economica e più sostenibile gestione della generazione, distribuzione ed utilizzo dell’energia nelle realtà isolane. I risultati del progetto contribuiranno così in modo concreto e positivo alle finalità della Strategia Regionale dell’Innovazione per la Specializzazione Intelligente nell’ambito dell’energia distribuita e delle relative tecnologie abilitanti.

Obiettivo: Riduzione dell’uso dei combustibili fossili del 55% entro il 2030 → European Green Deal

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Per fare ciò si deve incrementare la produzione da fonti rinnovabili

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Ma l’aleatorierà di tali fonti e dei carichi elettrici può causare squilibri tra produzione e consumo con conseguenti:

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  • instabilità delle reti elettriche
  • impatto sulla qualità del servizio
  • problemi di sicurezza

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SOLUZIONE: SMART GRID

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  •  Monitoraggio e controllo real time dei flussi di energia;
  •  Integrazione di sistemi di accumulo;
  •  Interazione intelligente con gli utenti;
  •  Forecasting del carico e della generazione;

Obiettivi

L’obiettivo generale del progetto è quello di sviluppare dispositivi e soluzioni tecniche innovative per le Smart Grid, a basso costo e di semplice installazione, che consentano l’accumulo di energia, il monitoraggio, l’energy management, il controllo della GD, dei sistemi di accumulo e della distribuzione dell’energia elettrica, in modo da consentire un maggiore sfruttamento delle FER, garantendo la sicurezza del sistema elettrico e, al contempo, una più elevata elasticità della gestione della produzione, dell’accumulo e della richiesta di energia elettrica.

Obiettivi

Il progetto pertanto prevede il raggiungimento degli obiettivi specifici di seguito elencati:

  • valutazione tecnico-economica di diverse soluzioni sia di produzione che di accumulo centralizzato e/o distribuito per le Smart Grid nel caso di reti isolate, che consentano di stabilire la distribuzione ottimale della GD, la taglia e la posizione ottima dei Sistemi di Accumulo, al fine di garantire il massimo sfruttamento delle FER mantenendo la stabilità di esercizio;
  • progettazione e realizzazione di sistemi innovativi di generazione, conversione ed accumulo, basati su convertitori di potenza bidirezionali innovativi e accumulatori ad elevata efficienza, che consentano di sfruttare al meglio le specifiche caratteristiche delle diverse realtà isolane, sia per quanto riguarda la generazione da FER (fotovoltaico, idroelettrico) e i Sistemi di Accumulo, che dal punto di vista logistico e autorizzativo, sfruttando architetture di tipo decentrato e centralizzato, in relazione alle specificità delle reti in questione;
  • progettazione e realizzazione di dispositivi elettronici intelligenti innovativi, algoritmi di misura e sistemi di comunicazione avanzati per il monitoraggio, la protezione e la telegestione della generazione distribuita e dei sistemi di accumulo, al fine di poterne migliorare la sicurezza e di sfruttarne appieno le potenzialità in termini di cooperazione alla stabilità ed alla regolazione di tensione e frequenza della rete;
  • la progettazione e realizzazione di sistemi di misura e controllo per Smart Generation and Distribution Systems, basati su un’architettura distribuita e integrabili con sistemi di smart metering, per il monitoraggio dei flussi di potenza nella rete di media tensione, l’energy management e la gestione remota della generazione e dell’accumulo;
  • implementazione di tre dimostratori di Smart Grid, presso le isole minori di Ustica, Favignana e Lipari, finalizzati a verificare in campo i diversi sistemi e dispositivi sviluppati nel progetto e consentire il monitoraggio in tempo reale dei flussi di potenza e l’attuazione delle strategie di gestione dei carichi e dell’accumulo al fine di poter ridurre al minimo la potenza prodotta dai generatori diesel.

Attività di sviluppo sperimentale

  • N°3 dimostratori di soluzioni innovative di Smart Grid (UNIPA-INM-STM)per la generazione distribuita da FER, l’accumulo e la distribuzione dell’energia in un sistema isolato, nelle isole di Favignana (SEA), Lipari (SOPES), Ustica (SOPES e D’Anna & Bonaccorsi, che partecipa come stake-holder,) dove si verificheranno i seguenti sistemi e dispositivi innovativi per le Smart Grid:
    • Smart Generation and Distribution Systems per il monitoraggio, la gestione della rete di distribuzione ed il controllo remoto degli impianti di generazione distribuiti e dei Sistemi di Accumulo.
    • dispositivo d’interfaccia per la generazione distribuita conforme alla CEI 0-21;
    • sistema innovativo di comunicazione in power line sulla rete di media tensione;
    • dispositivo di protezione dagli archi elettrici sulla linea DC per impianti fotovoltaici;
  • N°4 Impianti fotovoltaici con convertitore elettronico di potenza bidirezionale ed accumulo monofase distribuito di piccola potenza (minore di 6,6 kW) (LAYER – INM – ITAE – UNIPA) in 4 cabine secondarie del distributore (SEA), sull’isola di Favignana;
  • N°3 convertitori di potenza bidirezionali e sistema di accumulo distribuito trifase di taglia media (da 6,6 a 33 kW) (LAYER– INM – ITAE – UNIPA) per cabine secondarie in elevazione del distributore (SEA) sull’isola di Favignana;
  • N°1 impianto di produzione di energia elettrica (idroelettrico) minore di 20 kW che sfrutta il dislivello creato dall’impianto di dissalazione nell’isola di Ustica e un prototipo a Lipari (MANGANO – SOPES)
  • N°1 impianto fotovoltaico e N°1 sistema di accumulo concentrato di grande potenza (maggiore di 33 kW) sull’isola di Ustica (MANGANO – SOPES – LAYER– INM – ITAE – UNIPA).

Prototipi

D.2.1: Prototipi di inverter bidirezionali di diversa taglia con prove di tipo presso Laboratorio accreditato;

D.2.2: Prototipi di sistemi di accumulo di diversa tipologia;

D.3.1:  Prototipo di dispositivo d’interfaccia (EVLKSTCOMET10-1);

D.3.2:  Prototipo di bridge di comunicazione (EVLKSTCOMET10-1);

D.3.3:  Prototipo di sistema di accoppiamento per segnali PLC sulla rete MT;

D.3.4:  Prototipo di dispositivo di protezione dagli archi elettrici DC per impianti fotovoltaici;

D.4.1: Software SCADA per le tre reti su cui testare gli algoritmi di state estimation e le tecniche di gestione e controllo della rete per l’implementazione della smart grid secondo il paradigma dello smart generation and distribution system ;

D.5.2: N°3 dimostratori innovativi di smart grids per la generazione, l’accumulo e la distribuzione dell’energia nelle tre isole

D.5.3:  N°4 Impianti fotovoltaici con convertitore elettronico di potenza bidirezionale ed accumulo monofase distribuito di piccola potenza (minore di 6,6 kW) in 4 cabina secondarie, sull’isola di Favignana

D.5.4:  N°3 convertitori elettronici di potenza bidirezionale e sistema di accumulo distribuito trifase di taglia media (da 6,6 a 33 kW) sull’isola di Favignana

D.5.5:  N°1 impianto idroelettrico (minore di 20 kW) che sfrutta il dislivello creato dall’impianto di dissalazione dell’isola di Ustica ed un prototipo a Lipari

D.5.6:  N°1 impianto fotovoltaico e N°1 sistema di accumulo di grande potenza (maggiore di 33 kW) sull’isola di Ustica