Lo studio delle isole consente di conoscere con anticipo le sfide tecniche che una crescente integrazione delle rinnovabili intermittenti pone alle rete elettriche anche continentali. In Corsica, dove le rinnovabili decentralizzate possono raggiungere quasi il 60% della produzione istantanea, queste sfide riguardano in particolare l’intermittenza e la mancanza d’inerzia meccanica, ma anche la gestione della tensione, la diminuzione della potenza di corto circuito e la riduzione dell’inerzia del sistema. Molti problemi sono quindi già noti, ma servono progetti innovativi per la loro risoluzione. Come il progetto Inertie, che ha rinforzato la stabilità della rete elettrica in Corsica e Martinica garantendo al tempo stesso un mix di produzione più verde (-100mila tonnellate di CO2 all’anno) e meno costoso.
Le produzioni rinnovabili distribuite sono in continuo aumento e pongono sfide crescenti, sia per la loro integrazione nella rete, sia per la gestione della loro intermittenza. In questa prospettiva, l’analisi del caso delle isole elettriche è interessante e utile in quanto in questi sistemi, più fragili, tali problematiche si pongono in parte con anticipo rispetto alle reti interconnesse del tipo di quella europea. La Corsica ne costituisce un esempio importante.
Électricité de France – EDF – svolge la propria attività in Corsica come operatore integrato che, come d’altronde anche nelle isole francesi d’oltremare, quali la Martinica e la Riunione, svolge molteplici ruoli in una visione completa. Si occupa infatti, dell’equilibrio tra produzione e consumo, della gestione della rete di trasmissione e di quella di distribuzione, nonché della commercializzazione. EDF è poi acquirente unico nonché principale produttore per quanto concerne i mezzi di produzione classici.
Lo studio delle isole elettriche consente di osservare con anticipo problematiche che interesseranno anche le controparti continentali
La Corsica ha un consumo elettrico molto stagionale e presenta due picchi di consumo: uno in inverno, dovuto essenzialmente al riscaldamento che per gran parte è elettrico, e l’altro in estate, legato principalmente alle attività turistiche e al connesso aumento di presenze (a circa 300 mila abitanti si possono aggiungere fino a 500mila turisti in Agosto)
Il parco di produzione corso è eterogeneo. Esso è composto da due centrali termiche da 112 et 128 MW alimentate da motori diesel e da generatori turbogas e da quattro valli idroelettriche gestite da EDF, e presenta poi una parte in progressivo incremento di altre fonti rinnovabili, principalmente costituite da impianti fotovoltaici gestiti da produttori indipendenti. La Corsica ha inoltre due connessioni con l’Italia, una denominata SARCO e l’altra SACOI. La prima è costituita da un cavo in corrente alternata che sincronizza l’isola francese con la Sardegna, mentre l’altra consiste in una linea in corrente continua a tre punti tra Sardegna, Corsica e Toscana.
Il mix corso: 1/3 rinnovabili, 1/3 importazioni, 1/3 fossili
In questo modo, il mix energetico è composto approssimativamente di un terzo di rinnovabili (includendo l’idroelettrico), di un terzo di importazioni e di un terzo di energia fossile.
Le rinnovabili distribuite in Corsica pongono sfide legate all’intermittenza ed alla mancanza di inerzia meccanica, dato che sono connesse alla rete tramite inverter e non alternatori come lo sono invece le rinnovabili idroelettriche, e comportano sempre più la modifica del funzionamento dei mezzi di produzione classici che devono adattarsi alla domanda residua (consumo meno rinnovabili distribuite) diventando più flessibili e garantendo riserve per la regolazione su vari orizzonti temporali. Tali vincoli modificano altresì il processo di ottimizzazione.
Intermittenza e mancanza d’inerzia meccanica le sfide legate alle rinnovabili distribuite in Corsica
L’idroelettrico in quest’ottica rappresenta un’ottima variabile d’aggiustamento su dinamiche di intermittenza più rapide, nei limiti della sua disponibilità stagionale. I mezzi termici forniscono un aggiustamento un po’ meno flessibile, ma indispensabile in termini energetici.
Lo stoccaggio elettrochimico sarà in grado di offrire un contributo molto flessibile nel futuro prossimo, ma i volumi energetici da compensare sono molto importanti.
Altre difficoltà, di carattere più tecnico, rappresentano un rischio crescente nei sistemi isolani; si tratta di aspetti problematici – presenti in parte anche su reti continentali – fra i quali si segnalano in particolare la gestione della tensione, la diminuzione della potenza di corto circuito e la riduzione dell’inerzia del sistema.
Ma anche gestione della tensione, diminuzione della potenza di corto circuito e riduzione dell’inerzia del sistema
(a) Gestione della tensione: le produzioni decentralizzate limitano il consumo residuo e possono conseguentemente provocare problemi di tensione superiori ai limiti consentiti che diventano localmente importanti e richiedono pertanto investimenti sulla rete in mezzi di compensazione. Ovviamente il problema è legato anche alla diminuzione del numero di mezzi di produzione classici, nei momenti in cui le rinnovabili producono maggiormente.
(b) Diminuzione della potenza di corto circuito: nel sistema sono previste protezioni (più complesse e intelligenti sulla media e alta tensione, più semplici sulla bassa tensione) che hanno il compito di rilevare un eventuale guasto alla rete elettrica e di isolarlo. Le protezioni riescono a isolare il guasto interrompendo per il minimo tempo possibile l’alimentazione degli utenti. Se il guasto è fuggitivo (ad esempio legato al fulmine), le protezioni permettono una ripresa immediata dell’alimentazione dei clienti.
Perché il sistema funzioni bene, è necessario avere una certa quantità di potenza di corto circuito. Quest’ultima è fornita anche da produzioni rinnovabili decentralizzate che si interfacciano con la rete tramite elettronica di potenza, ma in maniera intermittente e aleatoria, quindi difficile a stimare. A parità di potenza un gruppo di produzione classico (interfacciato con un alternatore) fornisce cinque volte quella di una produzione decentralizzata.
L’aumento delle produzioni decentralizzate causa un diminuzione di inerzia sui sistemi elettrici isolani e il conseguente aumento del rischio black-out
(c) Inerzia / energia cinetica. Parliamo qui di una riserva di energia immagazzinata unicamente nelle macchine sincrone in produzione in un dato momento sul sistema elettrico (i gruppi di produzione classici termici e idroelettrici). In caso di perdita di uno o più gruppi di produzione – nel caso della Corsica perdita della connessione che la sincronizza alla Sardegna – questa energia viene liberata istantaneamente dai gruppi di produzione, permettendo così di rallentare per qualche frazione di secondo il disequilibrio del sistema elettrico, che deve poi essere ristabilito tempestivamente dal sistema che provvede alla regolazione della frequenza (piano di salvaguardia).
Ciò dà quindi il tempo al piano di salvaguardia, consistente nell’alleggerimento della rete, di entrare in azione con efficacia. Senza sufficiente energia cinetica il sistema potrebbe, in un caso estremo arrivare all’incidente generalizzato (black-out).
A ciò si aggiunge che in caso di guasti associati a rapide cadute di tensione, le produzioni rinnovabili interfacciate con elettronica di potenza hanno mostrato di essere meno stabili. La prossimità elettrica tra il guasto e le unità di produzione diffuse e la distanza di produzioni classiche è poi un fattore aggravante.
Servono progetti innovativi per la risoluzione di problemi già noti: il caso Inertie
Sono allo studio progetti innovativi con l’obiettivo di contribuire alla gestione di alcuni di questi problemi già da ora e in un prossimo futuro: fra questi si può segnalare Inertie, un progetto che ha ricevuto nel 2021 un importante riconoscimento nell’ambito della rete di innovazione “EDF Pulse”.
Il progetto Inertie, creato in collaborazione tra la Corsica, la Martinica e le squadre di EDF R&D, è stato motivato da una diminuzione di inerzia sui sistemi elettrici isolani, legato all’aumento delle produzioni decentralizzate che non ne forniscono.
L’innovazione è consistita nel caratterizzare il reale bisogno d’inerzia sui sistemi isolani e descrivere come utilizzare al meglio i mezzi di produzione esistenti, usando le grandi quantità di dati disponibili del sistema elettrico.
Inertie ha rinforzato la stabilità della rete elettrica garantendo al tempo stesso un mix di produzione più verde e meno costoso.
Sul campo consiste nel:
- recuperare in tempo reale i dati di tutte le produzioni, per conoscere la parte esatta di produzione distribuita nel mix energetico;
- sviluppare e installare automatismi di alleggerimento a derivata di frequenza che agiscono in modo più rapido ed efficace, pur con una minore inerzia
Nei centri di dispacciamento consiste in:
- strumenti di simulazione per elaborare in anticipo i piani di produzione il più a ridosso dei limiti operativi in inerzia, garantendo la sicurezza del sistema elettrico, minimizzando le emissioni di CO2 e ottimizzando anche la parte di energie rinnovabili;
- strumenti di supervisione real time per allertare quando il bisogno di inerzia non è soddisfatto e delle azioni manuali devono essere intraprese.
Grazie a Inertie ogni anno si evita l’immissione di 100mila tonnellate di CO2 in Corsica e Martinica e nel contempo l’integrazione delle rinnovabili distribuite può continuare a grande passo e in tutta sicurezza.
Inertie consente ogni anno di evitare l’immissione di 100mila tonnellate di CO2 in Corsica e Martinica
Vi sono poi sperimentazioni messe in atto, anche con forme di cooperazione con i produttori decentralizzati, al fine di analizzare compiutamente i problemi di instabilità di tali produzioni, in particolare quelle interfacciate con elettronica di potenza, come i sistemi fotovoltaici.
Già oggi in Corsica le rinnovabili decentralizzate possono raggiungere quasi il 60% del mix di produzione istantaneo: l’obiettivo, ambizioso e complesso, del progressivo aumento di questa capacità sino a raggiungere il 100% pone sfide tecniche ed economiche che richiedono investimenti importanti e rilevante attività di ricerca.
Nel frattempo, l’ottimizzazione del mix di produzione isolano deve e dovrà includere i diversi vincoli legati alla rete, come l’inerzia.
Alberto Pagnetti è Forecasting Engineer presso EDF SEI Corse
Su reti elettriche e integrazione delle rinnovabili intermittenti leggi anche:
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