La moderna meteorologia a supporto degli operatori del sistema elettrico
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24 Marzo 2017, Trento
La moderna meteorologia a supporto degli operatori del sistema elettrico
La risposta di RSE attraverso lo sviluppo di sistemi di previsione ed allertamento
meteorologico, monitoraggio dei fenomeni atmosferici estremi e ricerca di
soluzioni di mitigazione
M. Lacavalla, P. Marcacci, R. Bonanno
Introduzione
RSE SpA - Ricerca sul Sistema Energetico
Sperimentazioni e modellistica su fenomeni di
particolare rilevanza per la sicurezza della rete
Gruppo di elettrica (manicotti, temporali, salino)
Ricerca: Cambiamenti climatici e loro impatto sul
Clima e sistema elettro-energetico
Monitoraggio in tempo reale della radiazione
Meteorologia
al suolo da satellite
Previsione modellistica e monitoraggio delle
fonti rinnovabili
Resilienza della rete Il tavolo tecnico dell’AEEGSI AEEGSI ha avviato, ad aprile 2016,un tavolo tecnico con i Distributori e Terna per definire le Linee Guida per la predisposizione di un «Piano di Lavoro» per il miglioramento della resilienza del sistema elettrico, tenendo conto degli eventi meteorologici severi e persistenti degli ultimi 15 anni RSE è coinvolto nella definizione di «Dati e metodologie per la caratterizzazione di eventi meteo avversi per il sistema elettrico»
Eventi meteo rilevanti per il sistema elettrico
Il problema delle wet-snow
I fenomeni atmosferici
Nella stagione invernale I criteri di progettazione
causano la maggior
l’accumulo di ghiaccio e e di definizione dei
parte dei fuori servizio
neve sui conduttori carichi climatici delle
delle linee elettriche
determina sovraccarichi linee aeree (IEC 60826 e
aeree e danni diretti e
che spesso superano i 61774) sono in fase di
indiretti pari ad alcune
valori di progetto revisione
centinaia di M€/anno
Inquadramento normativo
Considerazioni meteorologiche sui fenomeni nevosi in Italia
• Non tutte le nevicate sono favorevoli alla crescita di un manicotto
• Solo le nevicate di tipo wet (alto contenuto di acqua liquida nel fiocco) hanno elevata
capacità di aderire alle superfici
• Oltre il 99 % delle nevicate che provocano disservizi in Italia è di tipo wet.
• Esistono specifici modelli di accrescimento di manicotto per questo tipo di nevicate
(Makkonen Model ISO12494)
• Sul nord Italia wet-snow avvengono con temperature comprese tra -2°C e +2°C e
solitamente con basse intensità del vento (V
Formazione manicotti di neve
Alcuni tipi di nevicate provocano
danni alle linee elettriche causando
disalimentazione e talvolta necessità
di ricostruzione di porzioni di rete
Traliccio AT collassato per
manicotto in Valtorta (BG)
Danni
diretti
Danni
indiretti
Danni linea MT per manicotto in
Appennino Centrale
Fase AT a terra per manicotto
di 20 cm di diametro zona
Cuneo
Albero su linea AT
Gli effetti dei cambiamenti climatici
negli ultimi decenni sulle nevicate
Diminuzione del numero di
eventi nevosi
Aumento degli eventi
di wet-snow
Il fenomeno della wet-snow e
la formazione di manicotti di ghiaccio
+2°C T>=+2°C
-2°C
-2.0°CSoluzioni di mitigazione carichi neve/ghiaccio
L’approccio di RSE per prevedere i manicotti
sui conduttori di linee elettriche aeree
Modelli meteorologici globali
e locali per prevedere eventi
di wet-snow
Modelli di accrescimento dei
manicotti di ghiaccio per
calcolare i carichi sulle linee
Monitoraggio in situ della
formazione dei manicotti per
validare i modelli numericiSistema di previsione meteorologica
GLOBALI
Condizioni iniziali e al
contorno ECMWF
+72h – 12 km
LOCALI
RAMS, WRF
+72h - 4 kmStruttura sistema previsionale
Global model – ECMWF/GFS
RUN High resolution Model –
12UTC
RAMS/WRF
forecast
+72h WOLF
Risoluzione Modello corrente
Risoluzione Modello di crescita
0.125° Anti-Icing (AI)
0.0625°Portale WOLF http://newwolf.rse-web.it/
Output WOLF http://newwolf.rse-web.it/
Impatto di WOLF sul sistema elettrico
• L’utilizzo, ove possibile, delle correnti di anti-icing previste riduce il rischio di sovraccarico
meccanico, una delle principali cause di guasto prolungato alle linee.
• Opportune strategie di dispacciamento possono salvaguardare le linee in antenna
• La conoscenza anticipata delle zone soggette al fenomeno può consentire un invio mirato di
squadre di pronto intervento
• La valutazione ex-post dei danni alle linee correlati ai sovraccarichi previsti permette di
ricavare la vulnerabilità della linea
Utilizzo delle correnti Strategie di Invio squadre Valutazioni ex-post
di anti-icing dispacciamento pronto intervento vulnerabilità linee
Riduzione tempi Interventi strutturali
di intervento
Riduzione complessiva dei
costi di disservizio
(indennizzi + danni strutturali)Monitoraggio meteo e crescita manicotti
presso stazione sperimentale RSE
Misure meteorologiche alla stazione WILD di Vinadio (CN)
Disdrometro
Nivometro Anemometro
ultrasonico
Stazione
meteo
PluviometroStudio di coatings innovativi di tipo
super idrofobico e ice-fobico
WILD (Wet-snow Ice Laboratory Detection)
Test di nuovi conduttori o di trattamenti superficiali per ridurre il rischio di
formazione di manicotti in caso di wet-snowMonitoraggio manicotto 29-02-2016 Stazione WILD (Vinadio)
19/12/2016, risposta dei conduttori ice-fobici alla crescita del manicotto 16:00, -1.8°C, sn, 0.2mm/h 17:00, -1.6°C, sn, 1.2mm/h 18:00, -2°C,sn, 1mm/h 19:00, -1.9°C, sn, 1mm/h 20:00, -1.6°C,sn, 1mm/h 21:00, -1.4°C ,sn,1mm/h
Rete di stazioni di monitoraggio wet-snow
Mappatura carichi di manicotto sull’Italia
Orografia modello
Filtro wet-snow
MESAN rianalisi meteorologica
Periodo: 1985-2013
Risoluzione: 5kmMappatura carichi di manicotto sull’Italia
Prec (mm/gg)
T2m (max,min,med)
Vento 10m (massimo gg)Nevicata del 25-26 dicembre 2013
MERIDIA (in fase di sviluppo in RSE)
MEteorological Reanalysis Italian Dataset
ERA 5 Reanalysis
Risoluzione: 30 km
WRF-NMM
Risoluzione: 4 km
Periodo: 2000-2017
Dati di rianalisi meteorologica
corretti con campi osservati al
suolo attraverso opportune
tecniche statistica per riduzione
bias
Campi meteorologici al
suolo: Precipitazione,
temperatura al suolo,
intensità del vento ecc.…Nubifragi Precipitazioni da banche dati osservative agenzie regionali Individuazione attraverso la mosaicatura dei dati radar della Protezione Civile di precipitazioni particolarmente intense su scala sub-giornaliera Combinazione dati stazioni + dati radar
Caso studio segnalato da ARETI 19-20 novembre 2013 Nubifragi a Roma e allagamenti cabine (radar + stazioni)
19-20 novembre 2013 Nubifragi a Roma Dataset osservativo + radar Dataset rianalisi meteorologica MESAN
FORTI TEMPORALI: danni diretti e indiretti
tromba d’aria Concorezzo 7 luglio 2001
tromba d’aria Trezzo d’Adda 29 luglio 2013Il sistema di allertamento per forti temporali sviluppato da RSE
STAF - Storm, Track Alert & Forecast Tromba d’aria Trezzo 29/07/2013 Animazione radar meteorologico Piemonte-Bric della Croce e satellite MSG
RADAR + SATELLITE = ingredienti di STAF
Radar Meteorologico Satellite geostazionario Msg
5’
15’ (5’ Rss)
Campi di temperatura canale IR 10.8
Mappe radar di riflettività o pioggiaSTAF - Storm, Track Alert & Forecast
Sistema di allerta per temporali INTENSI
• I modelli numerici di previsione meteorologica ci aiutano a prevedere le condizioni
generali (a grande scala) per lo sviluppo dei temporali a 1 o 2 gg
• Il nowcasting, ovvero una previsione locale e a brevissima scadenza, è possibile solo
monitorando continuamente il fenomeno già in atto
• Gli strumenti che permettono questo monitoraggio sono il radar meteorologico e il
satelliteSistema di previsione ed allerta per forte vento
Tempesta di grecale su Toscana 05-03-2015Dati relativi a trombe d’aria in Italia ESWD – European Severe Weather Database (www.eswd.eu)
Onde di calore Riduzione della portata delle linee a fronte di un aumento della domanda per richiesta condizionamento Aumento freccia conduttore e riduzione franco di rispetto Fragilità dei giunti di media tensione in aree urbane Utilizzo dataset MESAN/MERIDA per individuazione giornate con temperature elevate e con contemporanea assenza di vento Valutazione della persistenza del fenomeno (durata) Studio frequenza e tempi di ritorno di onde di calore Modelli climatici per scenari futuri
Onde di calore Dataset
osservativo
Caso studio
08-11 Agosto 2003
Serie di temperatura
stazione meteo
Dataset di rianalisi
meteorologicaRischio di scarica su isolatori
Inquinamento SALINOMappatura Salino In fase di sviluppo metodologia per la definizione di una mappa nazionale del livello di inquinamento sulla base di stime modellistiche e dati di deposito. Nell’ambito della Ricerca di Sistema ed in collaborazione con Terna, RSE ha ricavato una prima mappatura del territorio nazionale, basata sui livelli di inquinamento dovuti al particolato fine ed al sale marino, suddivisi in una scala di 5 valori da molto leggero a molto pesante. Ciò ha permesso di individuare 200 siti di campionamento del deposito salino. In tali siti è stata avviata una campagna di misura biennale su isolatori campione collocati in corrispondenza di sostegni delle linee aree di alta tensione della rete elettrica nazionale. Successivamente, con un lavoro di post-processing dei dati misurati integrati con le stime modellistiche sarà possibile migliorare e aggiornare la mappatura dell’inquinamento a cui sono esposti gli isolatori. Attività in fase di definizione e sviluppo: catena modellistica per la previsione meteo a breve termine dell’inquinamento salino sull’Italia
Mappatura Salino
Livello di inquinamento medio sull’intero
territorio nazionale (INQ) definito come
somma dei contributi alle concentrazioni di
PM10 dovuti alle sorgenti antropiche e, con
peso doppio, alla componente di origine
marina:
Livelli di Descrizione INQ
inquinamento
livello 1 molto leggero [3-4]
livello 2 leggero (4-8]
livello 3 medio (8-11]
livello 4 pesante (11-14]
livello 5 molto pesante >14Mappatura inquinamento salino Mappatura precedente Mappa preliminare RSE
Impatto del cambiamento climatico sul sistema elettrico RSE ha una attività di modellistica basata sulla elaborazione di dati provenienti da modelli climatici e definizione di scenari futuri per il sistema elettrico
Possibili effetti del cambiamento climatico sulla rete
Riduzione della
Diminuzione della disponibilità di acqua
Incremento dei
produzione per impianti termo
disservizi elettrici
idroelettrica elettrici
Precipitazioni estreme PRCPTOT Periodi siccitosi
Incremento della Diminuzione della
domanda di energia capacità di trasporto
dell’energiaAltre attività meteo:
Stima della radiazione al suolo
Integrazione rinnovabili nel sistema elettrico
http://sunrise.rse-web.itIrradianza da satellite Identificazione
del tipo di nube
(opacità,
Stima indiretta
spessore)
Ozono
Assorbimento e
Aerosol
riflessione
Vapor d’acqua
Nubi
Stima irradianza
Albedo
al suoloValutazione della produzione fotovoltaica e Stima di irradianza al
monitoraggio in tempo reale
suolo su tutta l’Italia
ogni 15’ ogni 4 Km
1
2
3Previsioni per le rinnovabili
Modello meteorologico a scala globale
(1 punto ogni 15 Km, ogni 6 ore)
Modello meteorologico a scala locale
(1 punto ogni 3 o 4 Km, ogni ora)
Previsione delle variabili Previsione della
meteo che determinano STATISTICA produzione
la produzione dell’impianto
Scopo: «previsione della produzione di un impianto per i
tre giorni seguenti, a passo orario»matteo.lacavalla@rse-web.it
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