Prodotti Emblematici Ricerca di Sistema elettrico - Luglio 2019 - RSE web
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Prodotti Emblematici
Ricerca di Sistema elettrico
Luglio 2019
Il programma svolto da RSE nel periodo dal 2015 al 2018 lungo le linee del Piano di Ricerca
per il Sistema Elettrico Nazionale si è articolato in 18 Progetti afferenti alle 4 aree indicate
dal Ministero dello sviluppo economico, redigendo rapporti di sintesi ad ogni scadenza annuale
per riassumere i risultati di 616 deliverable e pubblicando 1.289 comunicazioni scientifiche
e presentazioni, che riportano il dettaglio delle indagini effettuate e dei risultati raggiunti.
Come nelle precedenti occasioni di conclusione dei Piani Triennali, RSE ha voluto fornire
un insieme, limitato ma adeguatamente significativo, di prodotti della ricerca che testimoniassero
l’ampia gamma di benefici che, potenzialmente o già attualmente, ne conseguono a pro degli utenti
del sistema.
I 27 Prodotti Emblematici, che presentiamo in altrettante schede sintetiche, vogliono attrarre
l’attenzione sul percorso di valorizzazione seguito: a partire dalla loro concezione, seguendo
le indicazioni dei Piani Operativi Annuali, spesso in collaborazione e in dialogo con gli stakeholder
che tradizionalmente affiancano RSE nella declinazione dei propri progetti; passando poi attraverso
le varie fasi di realizzazione, prototipizzazione, verifica e validazione, fino alla “consegna”
di risultati, nell’ottica del beneficio per l’utente.
Tali risultati sono conseguiti in maniera da costituire un valore condiviso con gli stakeholder
di riferimento:
pp le Istituzioni, dal Ministero dello sviluppo economico stesso, che si avvale del supporto di questi
studi per un ampio spettro di provvedimenti di propria competenza, all’Autorità di regolazione
(ARERA), che parimenti promuove e segue approfondimenti tecnici e scientifici necessari
per seguire la transizione energetica in atto, fino ad alcune Amministrazioni locali, che forniscono
l’ambito di applicazione al territorio di numerosi strumenti ed analisi.
pp gli operatori del settore dell’energia, con i quali è sempre aperto un dialogo ed una dialettica
feconda di reciproco arricchimento, sia per quanto riguarda il gestore della rete di trasmissione
nazionale, sia i concessionari delle reti di distribuzione, ma anche le aziende di generazione,
rinnovabile e non, fino ai grandi utilizzatori, alle associazioni delle categorie produttive
e dei consumatori finali.
Le schede dei Prodotti Emblematici di RSE mirano a illustrare, attraverso esempi tangibili,
le ricadute positive sul sistema elettroenergetico nel suo complesso, attraverso la “mediazione”
degli stakeholder citati, che l’intero apparato della Ricerca di Sistema si propone di procurare
a beneficio degli utenti finali.
I prodotti illustrati hanno natura assai diversa, comprendendo sia prototipi software (modelli,
database, sistemi geografici informativi, codici di calcolo, sistemi di ausilio alle decisioni)
sia dimostratori hardware (apparecchiature, strumenti, sensori e sistemi di monitoraggio) sia studi
ed elaborazioni su tematiche che il nostro sistema elettrico affronta nell’ambito della transizione
energetica globale, tenendo conto del quadro di riferimento europeo su tali temi.
I Prodotti Emblematici qui descritti, qualunque sia la loro ampiezza e il grado di ambizione, sono
stati selezionati per dimostrare i vari livelli di technology readiness, cioè di distanza (o prossimità)
dalla fase di possibile introduzione nel mercato che caratterizza i progetti di Ricerca di Sistema.
Sono quindi caratterizzati da differenti gradi di complessità (e di impegno intellettuale
ed economico), e non si prefiggono di rappresentare un’esauriente analisi di tutto ciò che
è stato oggetto di lavoro in questi anni; ma solo di fornire un‘agile antologia per cogliere
le caratteristiche salienti del lavoro di RSE, svolto come sempre in una prospettiva di sistema.
Maurizio Delfanti
amministratore delegato RSE
AREA PROGETTI RDS 2015-2018 E RELATIVI PRODOTTI EMBLEMATICI
Governo, gestione EVOLUZIONE E SVILUPPO DELLE RETI DI TRASMISSIONE
e sviluppo del sistema ACRE++ – Strumento avanzato di Optimal Power Flow
elettrico nazionale EVOLUZIONE E SVILUPPO DELLE RETI DI DISTRIBUZIONE
interconnesso e SARA – Strumento Analisi Reti Attive
integrazione dei mercati
ANALISI E SCENARI ELETTRICI, ENERGETICI, AMBIENTALI
CLIMED – CLImate analysis over MEDiterranean Region
SCENARI – Scenari a supporto della politica energetico-ambientale
SunRiSE – Atlante solare e previsioni meteo per valutare la producibilità delle FRNP
EVOLUZIONE DEI SISTEMI ELETTRICI INTERCONNESSI E INTEGRAZIONE DEI MERCATI
SETA – SErvizi innovativi: Tuning Automatico
SICUREZZA E VULNERABILITÀ DEL SISTEMA ELETTRICO
FLOODRISK2 – Software per valutare il rischio di inondazione ed i costi-benefici
della mitigazione
IRIS – Indici di RIschio Sismico per le dighe in calcestruzzo
Trasmissione SVILUPPO E GESTIONE DELLE RETI DI DISTRIBUZIONE
e distribuzione ADESS – ADvanced Energy Storage System
dell’energia ai:SEN – Atlante Integrato per il Sistema Energetico Nazionale e le Fonti Rinnovabili
elettrica CYRENE – CYber Resilience framework for ENErgy systems
MiTO – MIsuratore Tensione Ottico
SGSP – Smart Grid Semantic Platform
COMPONENTI E APPARATI PER LE RETI
COAT 4 OHL – Ricoprimento di componenti di rete per ridurre i fenomeni di accumulo di neve
GESTIONE, MONITORAGGIO E CONTROLLO DELLA RETE DI TRASMISSIONE
POSEIDON – Mappatura della contaminazione degli isolatori della rete di trasmissione
S-SAMU – Smart Stand-Alone Merging Unit
TRASMISSIONE E DISTRIBUZIONE IN CORRENTE CONTINUA
I4BTCC – Interruttore ibrido per Bassa Tensione in Corrente Continua
Generazione BIOENERGIA
di energia elettrica DB-Bioenergia – Database della produzione territoriale e dell’impiantistica di utilizzo
con basse emissioni energetico di rifiuti e residui
di carbonio SOLARE FOTOVOLTAICO A CONCENTRAZIONE
Low cost CPV – Materiali innovativi per celle fotovoltaiche a multi-giunzione ad alta efficienza
CPV compatto – Modulo fotovoltaico compatto a concentrazione solare
ENERGIA ELETTRICA DAL MARE
WaveSAX – Prototipo (1:5) di sistema di generazione dal moto ondoso
Efficienza energetica GESTIONE DELLA DOMANDA
e risparmio di energia DIMMI CHI SEI – Supporto all’utente domestico per la razionalizzazione dei consumi di energia
negli usi finali elettrici SOLE – Sistema di Ottimizzazione Locale dell’Energia
e interazione con altri PROCESSI E MACCHINARI INDUSTRIALI
vettori energetici INDUCO – Efficienza energetica e competitività delle imprese
MOBILITÀ ELETTRICA
ROAD – Roadmap per una Mobilità Sostenibile
STORM – Soluzioni di Mobilità Urbana sostenibile
SMART CITIES E SMART COMMUNITIES
SIRENE – Sistema Idrico integrato e Risparmio ENErgetico
#optimalPowerFlow
#transitiFlussiDiRete
ACRE++ CONTESTO
Strumento In un quadro europeo in evoluzione, considerando lo Strategic Energy
Technology (SET) Plan e l’Energy Union Package promossi dalla Commissione
avanzato Europea e gli obiettivi di sostenibilità e decarbonizzazione fissati al 2030,
di Optimal è necessario che la pianificazione della rete tenga conto delle nuove esigenze
del sistema e dei gestori di rete. Nelle analisi a supporto di uno sviluppo ottimo
Power Flow della rete di trasmissione, la robustezza delle metodologie e dei risultati
ottenuti sono fortemente correlati al livello di accuratezza con cui le diverse
componenti del sistema sono rappresentate. La disponibilità di adeguati
strumenti di simulazione consente di valutare, in modo preciso e congruo,
l’impatto dello sviluppo della rete di trasmissione sugli indicatori economici,
affidabilistici e di sicurezza del sistema elettrico previsionale. Pertanto,
aspetto fondamentale nel processo di transizione verso un sistema sostenibile
e decarbonizzato, è la disponibilità di metodi e strumenti avanzati
di ottimizzazione per la rete di trasmissione in AC e in DC. Lo strumento ACRE ++
è stato progettato e realizzato in modo da rappresentare in modo accurato
tecnologie innovative e sistemi di accumulo volti a rendere il sistema energetico
più flessibile e robusto e in grado di facilitare l’integrazione della produzione
da Fonti Rinnovabili Non Programmabili (FRNP), tipicamente aleatoria.
PRODOTTO
ACRE++ è uno strumento per analisi di OPF su sistemi compositi di generazione
e trasmissione di grandi dimensioni e su un orizzonte temporale multiorario.
Rappresenta la versione evoluta di una precedente versione, incorporando
le principali innovazioni tecnologiche introdotte nel sistema.
L’OPF che ACRE++ implementa ottimizza congiuntamente produzioni e flussi
di potenza attiva e reattiva.
Il modello del sistema di generazione prevede che la potenza attiva e quella
reattiva, immesse o prelevate dalla rete, abbiano limiti tecnici di minimo
e massimo indipendenti. I generatori sono suddivisi in due tipologie:
quelli dispacciabili, le cui potenze attiva e reattiva scambiate con la rete
sono ottimizzate nel rispetto dei limiti tecnici e di tutti i vincoli imposti
dal sistema di trasmissione; quelli non dispacciabili, la cui sola potenza reattiva
è ottimizzata, mentre quella attiva è fissata ad un livello imposto in input.
La potenza attiva prodotta dai generatori dispacciabili ha associato un costo
di produzione generalmente rappresentato con un polinomio di secondo grado.
Il modello del sistema di trasmissione comprende reti AC e reti DC interfacciate
Area da convertitori LCC (Line-Commutated Current Source Converter) o VSC
Governo, gestione (Self-Commutated Voltage Source Converter); pertanto, tutti i componenti
e sviluppo del sistema quali linee AC, linee DC, trasformatori, Phase Shifting Transformer (PST), Tap
elettrico nazionale Changer, dispositivi FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System)
interconnesso e convertitori HVDC (High Voltage Direct Current) sono trattati in dettaglio.
e integrazione dei mercati In aggiunta, ACRE++ possiede un modello di accumuli di rete che consente
l’ottimizzazione del funzionamento di questi dispositivi per garantire
Progetto economicità e flessibilità al sistema.
Evoluzione e sviluppo In output il tool fornisce i livelli ottimali della produzione di potenza attiva
delle reti di trasmissione e reattiva dei generatori per il soddisfacimento del carico, i transiti
di potenza attiva, reattiva e corrente attraverso ogni componente della rete di
NUOVI ASPETTI trasmissione e la potenza attiva
assorbita o erogata dai dispositivi
di accumulo.
Sono determinate e fornite in uscita
Fonti rinnovabili anche le quantità e la localizzazione
non programmabili di eventuali distacchi di carico
(Energia Non Fornita, ENF) e di
generazione (Energia In Eccesso, EIE)
per la potenza attiva e le quantità
e la localizzazione di eventuale
compensazione reattiva.
Reti AC/DC L’ottimazione del funzionamento
FACTS del sistema in esame viene
effettuata secondo criteri che
l’utente può selezionare: minimo
costo complessivo (comprensivo
del costo di produzione e dei costi
Elementi di accumulo del distacco di carico e della
compensazione reattiva), minime
perdite, minimo scostamento
da una soluzione data.
UTILIZZO DEL PRODOTTO
L’ambito di utilizzo previsto per ACRE++ è vasto e comprende sia il supporto alla risoluzione di problematiche
legate all’esercizio del sistema, sia l’ausilio al processo di pianificazione della rete di trasmissione.
Al momento ACRE++ può essere utilizzato in modo autonomo e indipendente per determinare il dispacciamento
ottimo delle potenze attive e reattive dei gruppi di generazione, i relativi transiti della potenza attiva e reattiva
e di corrente attraverso tutti i collegamenti della rete, sia per un caso orario (snapshot), sia per un orizzonte
multiorario.
Tuttavia, esso è stato concepito per poter essere integrato in una cornice metodologica di tipo probabilistico
(Monte Carlo) allo scopo di realizzare un nuovo tool per analisi di adeguatezza. A questo scopo è stata dedicata
particolare cura nell’implementazione per garantire efficienza in termini sia di algoritmo risolutivo, sia di strutture
dati ed allocazione di memoria.
Inoltre, grazie al livello di accuratezza adottato nella rappresentazione delle diverse componenti del sistema,
ACRE++ può essere impiegato come modello alla base dello sviluppo di modelli più complessi di SCOPF (Security
Constrained Optimal Power Flow).
BIBLIOGRAFIA
R. Calisti, F. Careri, M.V. Cazzol, G. Ceresa, A. L’Abbate, V. Viscardi, Nuovi sviluppi modellistici in corrente
alternata a supporto dello sviluppo delle reti di trasmissione, Rapporto RdS RSE 16001479, 2015.
R. Calisti, M.V. Cazzol, G. Ceresa, A. L’Abbate, V. Viscardi, Sviluppi modellistici per l’ottimizzazione
delle reti di trasmissione, Rapporto RdS RSE 17001173, 2016
M. V. Cazzol, Manuale di ACRE++, Rapporto RdS RSE 18007828, 2018.
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca Ricerca sul Sistema Energetico – RSE S.p.A.
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero Via Rubattino, 54 - 20134 Milano
dello Sviluppo Economico – D.G. Nucleare,
Energie rinnovabili ed efficienza energetica Tel. 02 39921 - Fax 02 3992 5370
– in ottemperanza al DM, 8 marzo 2006. www.rse-web.it
#pianificazioneReti
#hostingCapacity
SARA CONTESTO
Strumento L’incremento della generazione distribuita, l’elettrificazione dei carichi
(ad esempio, veicoli elettrici e pompe di calore) e la partecipazione delle
Analisi Reti risorse distribuite ai servizi ancillari di sistema (come il bilanciamento) possono
Attive determinare criticità (violazioni dei limiti di tensione e corrente) sulle reti
di distribuzione elettriche in media tensione. Per evitare tali criticità, senza
ricorrere alla sostituzione di linee e trasformatori, è possibile adottare strategie
di controllo che utilizzino in modo innovativo i componenti già presenti nella
rete. In letteratura sono proposte numerose soluzioni di controllo, ma è difficile
determinare quali sono le più efficaci, in relazione alle caratteristiche
delle reti. Il primo elemento che limita le analisi è la mancanza di un campione
esteso di reti realistiche su cui testare le soluzioni di controllo, a causa
della riservatezza dei dati di rete. Inoltre, le soluzioni di controllo utilizzano
architetture molto differenti tra loro, difficili da implementare in un unico
ambiente di simulazione che permetta un confronto diretto. Infine, mancano
indicatori di prestazione condivisi dai vari attori del sistema per descrivere
in maniera sintetica le caratteristiche delle diverse soluzioni di controllo
avanzato. In assenza di questi elementi, il confronto fra le diverse architetture
è limitato e rende difficile ai distributori e ad altri stakeholder
(tra cui l’Autorità di regolazione) l’individuazione delle soluzioni con prestazioni
migliori in base alle caratteristiche di rete.
PRODOTTO
Il prodotto SARA si divide in tre parti principali, per rispondere alle esigenze
di pianificazione delle reti di distribuzione attuali. Le funzionalità sono state
sviluppate principalmente in ambiente Matlab®, ma librerie esterne sono state
integrate nei vari blocchi. Il primo blocco è costituito da funzioni in grado
di generare reti di distribuzione artificiali sfruttando i metodi Monte Carlo.
Le metodologie di creazione delle reti artificiali sono state sviluppate studiando
alcune reti reali disponibili, che sono state raggruppate in insiemi
con caratteristiche simili (ad esempio, rete urbana/rurale). Grazie a queste
analisi, anche le reti artificiali sono create con le caratteristiche desiderate
(ad esempio, lunghezza dei rami), permettendo di studiare le prestazioni
degli algoritmi su gruppi di reti diverse.
Il secondo blocco è costituito da alcuni algoritmi di simulazione e di
ottimizzazione delle reti elettriche. Gli algoritmi fanno uso sia di software
sviluppati in precedenti periodi di ricerca, sia di software disponibili sul web.
Area L’utilizzo di algoritmi diversi, ma in un unico ambiente di simulazione, permette
Governo, gestione di confrontare facilmente soluzioni di controllo diverse.
e sviluppo del sistema Infine, nel terzo blocco, sono state sviluppate metodologie per valutare
elettrico nazionale alcuni indici di prestazione, tra cui l’Hosting Capacity (HC), cioè la capacità
interconnesso di accogliere nuova generazione distribuita, e la capability equivalente,
e integrazione dei mercati cioè la quantità di potenza attiva e reattiva che può essere utilizzata
per la gestione della rete di trasmissione.
Progetto L’utilizzo combinato delle metodologie sviluppate permette perciò di creare
Evoluzione e sviluppo delle delle reti test, se queste non sono disponibili, e di valutare le prestazioni
reti di distribuzione di diversi sistemi di controllo, con l’obiettivo di correlare le caratteristiche
delle reti con le prestazioni dei diversi sistemi di controllo.
UTILIZZO DEL PRODOTTO
Il prodotto SARA può essere utilizzato per analizzare gli scenari futuri di evoluzione delle reti di distribuzione
e per determinare le prestazioni delle soluzioni di controllo, anche in funzione delle caratteristiche delle reti.
Lo strumento non ha ancora raggiunto un grado di maturazione sufficiente da essere utilizzato direttamente
da terzi, ma deve essere utilizzato in collaborazione con RSE. Le metodologie sviluppate sono però accessibili nei
rapporti di ricerca. Lo strumento è utile ai distributori per valutare quali soluzioni di controllo adottare in base
alle caratteristiche di rete e a quali prestazioni si vogliono massimizzare (ad esempio, perdite, hosting capacity,
eccetera). La possibilità di generare reti artificiali può permettere ai fornitori di tecnologie di valutare l’efficacia
delle proprie soluzioni. Infine, lo strumento può essere di supporto decisionale all’Autorità (ARERA) per analizzare
gli scenari futuri di evoluzione delle reti di distribuzione e per determinare quali soluzioni di controllo incentivare.
Disconnection HC increase vs HC Q(V) HC increase vs HC
40 40
30 30
ΔHC [%]
ΔHC [%]
20 20
10 10
0 0
15 20 25 15 20 25
HC [%] HC [%]
10
P(V) HC increase vs HC OPF HC increase vs HC
8
Voltage 40 40
Hosting Capacity
% probability
6 Loading 30 30
Hosting Capacity
ΔHC [%]
ΔHC [%]
20 20
4
10 10
2
0 0
0
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 15 20 25 15 20 25
Hosting Capacity [MW] HC [%] HC [%]
BIBLIOGRAFIA
D. Moneta, M. Rossi, G. Viganò, Università degli Studi di Bergamo – P. Piscella, M.T. Vespucci, Fast Estimation
Of Equivalent Capability For Active Distribution Networks, CIRED, 2017
D. Moneta, M. Rossi, G. Viganò , Hosting capacity of distribution networks: Evaluation of the network
congestion risk due to distributed generation, ICCEP, Taormina, pp. 716-722, 2015
D. Moneta, M. Rossi, G. Viganò, Comparing control systems performance in increasing the Hosting Capacity
of distribution networks, AEIT, Bari, pp. 1-6, 2018
D. Moneta, M. Rossi, G. Viganò, Generation of artificial distribution networks for the evaluation of advanced
control solutions, AEIT, Cagliari, pp. 1-6, 2017
C. Carlini, D. Clerici, C. Michelangeli, D. Moneta, M. Rossi, G.Viganò, Metodologie di analisi di reti attive:
classificazione delle reti e schemi di partecipazione delle risorse distribuite, Rapporto RdS RSE 18000902, 2017
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca Ricerca sul Sistema Energetico – RSE S.p.A.
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero Via Rubattino, 54 - 20134 Milano
dello Sviluppo Economico – D.G. Nucleare,
Energie rinnovabili ed efficienza energetica Tel. 02 39921 - Fax 02 3992 5370
– in ottemperanza al DM, 8 marzo 2006. www.rse-web.it
#cambiamentiClimatici
#scenariMultimodel
CLIMED CONTESTO
CLImate In questo ultimo decennio è cresciuta notevolmente l’attenzione della comunità
scientifica internazionale riguardo agli impatti dei Cambiamenti Climatici (CC)
analysis over sui diversi settori socio-economici (come l’agricoltura, le risorse idriche, le aree
MEDiterranean urbane, la salute, l’energia). Particolarmente alta è l’attenzione per gli eventi
meteo estremi (quali venti intensi, forti temporali, tempeste di neve,
Region inondazioni, onde di calore, periodi siccitosi) che, crescendo in intensità e
frequenza, mettono sempre più a rischio anche il corretto funzionamento delle
infrastrutture elettriche e, quindi, la sicurezza della fornitura di energia.
Tale esigenza è chiaramente espressa dall’Autorità di Regolazione per Energia
Reti Ambiente (ARERA) che con la Delibera del 25 gennaio 2018 (31/2018/R/EEL),
citando il decreto SEN 2017, afferma: “considerata l’intensificazione di eventi
meteorologici estremi e la scarsa capacità della rete di rispondere prontamente
a tali eventi, è necessario richiedere ai gestori delle reti piani di investimento
specifici e definire nuovi standard di resilienza… A tal riguardo è opportuno
promuovere prassi di valutazione e progettazione delle infrastrutture elettriche
che considerino il trend di cambiamento delle condizioni climatiche”.
Il sito CLIMED permette di analizzare diversi scenari di CC sull’Italia, dedotti
elaborando i dati forniti dai più recenti data-set, relativi sia al clima osservato,
sia a quello futuro.
Gli scenari di CLIMED sono elaborati base grazie ai risultati di simulazioni
modellistiche eseguite da diversi istituti di ricerca internazionali, nell’ambito di
diversi progetti europei, sotto diverse ipotesi di forzanti radiative, i cosiddetti
Representative greenhouse gas Concentration Pathways (RCPs). In tal modo, CLIMED
fornisce una pluralità di risultati numerici con cui caratterizzare le condizioni future.
PRODOTTO
Il portale web-gis CLIMED permette di analizzare i CC i cui effetti potrebbero
avere impatti significativi sul sistema elettrico/energetico nazionale.
CLIMED si presenta con una struttura a 12 pannelli: il primo pannello (Generale)
dà una breve descrizione del contenuto del sito; gli altri 11 consentono l’analisi
di diversi scenari climatici a scala stagionale e annuale a breve/medio/lungo
termine (2021-2050, 2041-2070 e 2071-2100). Ciascun pannello permette,
infatti, lo studio di una delle seguenti variabili: la temperatura dell’aria media,
massima, minima, la precipitazione totale, la velocità del vento, ed eventi
meteorologici estremi quali giorni molto caldi, notti tropicali, giorni consecutivi
senza precipitazioni, precipitazioni estreme, neve bagnata, giorni di gelo.
Area Gli scenari climatici di riferimento riguardano il periodo storico 1971-2010. Sono
Governo, gestione mappe dedotte elaborando i dati di archivi osservativi (E-OBS, MESAN, ERA5,
e sviluppo del sistema EURO4M-APGD) e i risultati di simulazioni modellistiche.
elettrico nazionale CLIMED utilizza scenari multi-model, ovvero scenari elaborati facendo
interconnesso l’ensemble di più ricostruzioni modellistiche contenute in data-set realizzati
e integrazione dei mercati grazie a progetti europei. Al momento, CLIMED consente l’analisi di scenari
costruiti sulla base di 12 simulazioni Euro-CORDEX in configurazione RCP8.5, il
Progetto cui grado di affidabilità è descritto visualizzando il BIAS, ovvero lo scarto tra il
Analisi e scenari elettrici, valore dell’ensemble e quello di riferimento derivato dal data-set osservativo
energetici, ambientali selezionato. Si sta lavorando per includere altri scenari, come ad esempio quelli
ottenuti dai modelli Euro-CORDEX per analizzare i CC attesi nell’ipotesi di
sviluppo con emissioni di gas-serra ridotte
(configurazione 4.5).
Gli scenari climatici futuri sono dedotti, ovviamente,
dalle sole simulazioni numeriche. Sono mappe che
riportano, insieme al valore multi-model, anche la
deviazione standard per quantificare la dispersione
dei dati e, quindi, l’incertezza della stima. Gli scenari
futuri possono essere analizzati anche attraverso
mappe di anomalie, ovvero delle differenze tra i
valori nello scenario futuro e il periodo storico.
Climed permette di analizzare i trend climatici fino al
2100 per ciascuna regione italiana. Questa
informazione può essere impiegata per sviluppare
scenari energetici coerenti con la disponibilità attesa
delle varie fonti di energia (rinnovabili e
convenzionali).
Il sito CLIMED è predisposto per estendere l’analisi ad
altre variabili, provenienti anche da altri archivi
osservativi e/o data-set modellistici.
UTILIZZO DEL PRODOTTO
CLIMED permette di individuare a colpo d’occhio le aree più critiche nel nostro Paese rispetto alla variabile
selezionata, consentendo all’utente di accedere in modo semplice a informazioni in forma grafica caratterizzanti:
p le variazioni climatiche medie (ad esempio, l’innalzamento delle temperature o le variazioni del regime
pluviometrico), poiché possono esserci delle soglie di variazione oltre le quali è a rischio l’esercizio in sicurezza
del sistema;
p le variazioni di eventi meteorologici estremi, descritti da opportuni indici condivisi in ambito internazionale;
p i trend climatici per ciascuna regione italiana. In questo caso, oltre ai valori di riferimento e quelli
dell’ensemble di modelli, sono visualizzati i risultati di ogni singolo modello.
Le indicazioni desumibili dal sito permettono di avere una prima idea di conseguenze previste in funzione dei
cambiamenti climatici in atto, utilizzabili per la pianificazione delle infrastrutture di distribuzione e trasporto.
Inoltre, vengono utilizzate per definire le aree a cui dare priorità per interventi di irrobustimento e di ripristino.
Infine, anche la previsione del carico a lungo termine può valutare l’insorgenza di condizioni critiche dovute ai
cambiamenti climatici (piogge intense, periodi di siccità, ondate di calore, eccetera).
BIBLIOGRAFIA
R. Bonanno, P. Faggian, Changes in the precipitation regime over the Italian Peninsula and their possible
impacts on the electric system, Tethys Journal of Mediterranean Meteorology & Climatology, vol. 15,
ISSN-1697-1523, pp. 18–30, 2018
R. Bonanno, P. Faggian, M. Lacavalla, P. Marcacci, G. Pirovano, Research and operational activities
to cope with wet snow impacts on overhead power lines in current and future climate over Italy,
2nd South East European Regional CIGRE Conference SEERC, Kyiv, 2018
R. Bonanno, P. Faggian, Raising awareness on climate-change related hazards that might impact electric
infrastructures, AEIT International Annual Conference, Bari, 2018
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca Ricerca sul Sistema Energetico – RSE S.p.A.
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero Via Rubattino, 54 - 20134 Milano
dello Sviluppo Economico – D.G. Nucleare,
Energie rinnovabili ed efficienza energetica Tel. 02 39921 - Fax 02 3992 5370
– in ottemperanza al DM, 8 marzo 2006. www.rse-web.it
#decarbonizzazione
#politicaEnergetica
SCENARI CONTESTO
Scenari La consapevolezza dei rischi e dei costi legati ai cambiamenti climatici, insieme alle
mutate dinamiche economiche, stanno ridisegnando il sistema energetico globale.
a supporto L’Unione Europea ha da tempo avviato una decisa transizione verso un sistema
della politica energetico a basse emissioni di gas climalteranti attraverso politiche orientate sia alla
domanda che all’offerta di energia. L’obiettivo è rendere il sistema energetico
energetico dell’Unione sostenibile e allo stesso tempo più sicuro e competitivo.
Il percorso di decarbonizzazione dell’Europa è in linea con l’obiettivo
ambientale dell’accordo di Parigi di mantenere l’aumento della temperatura globale ben al
di sotto dei 2°C e proseguire gli sforzi per mantenerlo entro 1,5°C. Si
prevedono obiettivi al 2030 (riduzione del 40% delle emissioni di gas serra
nell’UE rispetto ai livelli del 1990, aumento al 32% della percentuale di fonti
rinnovabili sui consumi finali lordi di energia e riduzione dei consumi primari del
32,5% rispetto ad uno scenario tendenziale definito dalla Commissione Europea
nel 2007) e la climate neutrality al 2050 (Long Term Strategy).
Il raggiungimento degli obiettivi previsti dalla politica europea e, in generale, il
percorso di decarbonizzazione dell’economia, richiedono una radicale
trasformazione del modo di concepire il paradigma energetico anche a livello
nazionale ed è caratterizzata da molteplici fattori e incertezze che rendono
difficile individuare un’evoluzione univoca del sistema, soprattutto su orizzonti
temporali di medio-lungo termine.
Il ricorso ad analisi di scenario permette al decision maker di orientarsi in
orizzonti temporali di medio-lungo termine, in un contesto di estrema
complessità ed incertezza, grazie ad una valutazione quantitativa degli impatti
di obiettivi e politiche energetico-ambientali, traendone indicazioni sui più
promettenti settori di intervento e le relative necessità infrastrutturali e
tecnologiche. La stessa Europa suggerisce agli Stati membri il ricorso a scenari a
supporto dei Piani Energia e Clima.
PRODOTTO
Gli scenari sono tra i principali strumenti a supporto della politica energetica in
quanto sono in grado di rappresentare la complessità delle interconnessioni del
sistema energetico e possono valutare gli impatti di misure e politiche secondo
molteplici aspetti e a diversi gradi di dettaglio.
Gli scenari non rappresentano delle previsioni ma delle possibili traiettorie di
evoluzione dell’intero sistema energetico, basate su un set di ipotesi
internamente coerenti. In altre parole, lo scopo di un esercizio scenaristico non
Area è quello di produrre “un’immagine accurata del domani”, ma piuttosto favorire
Governo, gestione migliori decisioni riguardo al futuro”(P. Schwartz).
e sviluppo del sistema Attraverso un modello tecnico economico il sistema energetico viene
elettrico nazionale rappresentato nella sua interezza (dalle fasi di approvvigionamento delle fonti
interconnesso e energetiche, alla trasformazione, produzione e distribuzione di energia, fino
integrazione dei mercati alle tecnologie nei diversi settori di impiego finale) come un insieme di flussi di
vettori energetici, di reti, di processi e di tecnologie messi in relazione in
Progetto sinergia e interdipendenza tra loro, con un approccio di sistema.
Analisi e scenari elettrici, Gli scenari possono essere sviluppati per esplorare l’incertezza, sulla base di
energetici, ambientali evoluzioni alternative e anche radicalmente differenti, di alcune variabili considerate
come critiche (la rapidità dello sviluppo tecnologico, crescita economica, crollo del180
prezzo dei combustibili fossili,
160 Import elettrico netto
dinamiche diverse di sviluppo 142,4
140 Rinnovabili
demografico). Si tratta di esercizi di 122,3 Gas
tipo what-if (che cosa succede al 120
Prodotti petroliferi
sistema se si trova in determinate 100
Mtep
Solidi
ipotesi di base) e sono utili a 80
PNEC
verificare la robustezza di una 60
BASE
strategia in condizioni differenti o 40
comprendere meglio le fragilità di un 20
sistema energetico.
0
Possono essere analizzati scenari di 2016 2020 2025 2030 2035 2040
tipo politico-strategico, cioè definito
un obiettivo di policy si esplorano le
condizioni, le opzioni tecnologiche o le potenzialità di intervento nei vari settori (e la loro tempistica) che rendono
possibile la realizzazione di quell’idea di futuro, per supportare così il decisore pubblico nella definizione delle strategie
superando eventuali criticità, presenti e/o prospettate, quantificandone gli impatti in termini energetici, ambientali,
tecnologici ed economici.
UTILIZZO DEL PRODOTTO
Gli scenari realizzati da RSE sono utilizzati in attività di supporto al Governo Italiano per le analisi di politiche
energetico-ambientali, in quanto permettono una valutazione quantitativa degli impatti del raggiungimento di
obiettivi di politica nazionale mettendo in correlazione le principali variabili socio-economiche, la caratterizzazione
ed evoluzione delle tecnologie energetiche, le emissioni e la disponibilità delle risorse in un’ottica di sistema.
Sono stati usati per la realizzazione dello scenario di Riferimento per il sistema energetico nazionale, dello scenario
BASE, realizzato per il Tavolo di Decarbonizzazione dell’economia della Presidenza del Consiglio dei Ministri, e nella
elaborazione degli scenari SEN a supporto della Strategia Energetica Nazionale del Ministero dello Sviluppo Economico.
Gli scenari energetici sono attualmente utilizzati per il processo di definizione ed analisi dei nuovi obiettivi
europei di decarbonizzazione della politica “Energia e Clima” al 2030 (Piano Nazionale Integrato Energia e Clima)
nel gruppo tecnico di lavoro coordinato dai Ministeri MISE, MATTM e MIT.
Sono alla base dei Tavoli di approfondimento tematico sul settore elettrico che RSE svolge insieme con TERNA, e
forniscono elementi fondamentali per gli studi e le analisi del settore energetico con stakeholder quali SNAM,
Confindustria, ENEL, ANIE.
I modelli messi a punto nell’ambito dei progetti di Ricerca di Sistema sono quindi a diretto supporto delle Istituzioni
per la predisposizione di atti di indirizzo o di legge e per la negoziazione in ambito comunitario ed internazionale.
BIBLIOGRAFIA
M. Gaeta, F. Lanati et al., Scenari e analisi a supporto della Strategia Energetica Nazionale, RSE, collana
Visioni diveRSE, 2018
Colloquia RSE, Decarbonizzazione dell’economia italiana – Scenari di sviluppo del sistema energetico
nazionale, IV Volume, 2017
M. Gaeta, A. Gatti, A. Gelmini, F. Lanati, L. Mazzocchi, Analisi e scenari elettrici, energetici, ambientali,
Rapporto RdS RSE 18007604, 2018
A. Gelmini, F. Lanati et al., Il modello energetico multiregionale MONET, Rapporto RdS RSE 12001033, 2012
M. Gaeta, A. Gatti, F. Lanati, S. Vitale, Scenari di sviluppo dei sistemi elettroenergetici, Rapporto RdS RSE
18000425, 2018
Confindustria, Libro Bianco per uno sviluppo efficiente delle fonti rinnovabili al 2030, monografia, dicembre 2018
M. Gaeta,F. Lanati, SEN, gli interventi per raggiungere il target Fer del 55%, Quotidiano Energia ISSN 2532-7658 , 2017
A. Gelmini, F. Lanati, Contributi per il Tavolo di Lavoro Decarbonizzazione dell’Economia, Rapporto RdS RSE
17001165, 2017
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca Ricerca sul Sistema Energetico – RSE S.p.A.
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero Via Rubattino, 54 - 20134 Milano
dello Sviluppo Economico – D.G. Nucleare,
Energie rinnovabili ed efficienza energetica Tel. 02 39921 - Fax 02 3992 5370
– in ottemperanza al DM, 8 marzo 2006. www.rse-web.it#irradianzaSolare
#produzioneRinnovabili
SunRiSE CONTESTO
Atlante solare e Le Fonti di energia Rinnovabile Non Programmabili (FRNP) hanno un peso
sempre maggiore sul totale dell’energia prodotta a scala nazionale. La non
previsioni meteo programmabilità di queste fonti determina, tuttavia, un aumento del rischio di
per valutare instabilità del sistema elettrico a causa del possibile sbilanciamento tra la
produzione ed il consumo dell’energia sulla rete. Da ciò deriva l’importanza
la producibilità della previsione dell’energia elettrica immessa in rete dalle FRNP, a cui si
aggiunge la necessità di un monitoraggio delle fonti al fine di verificare il
delle FRNP corretto funzionamento degli impianti. In questo contesto, risulta importante
disporre di sistemi per la previsione ed il monitoraggio della produzione di
energia elettrica da fonti rinnovabili non programmabili sul territorio nazionale.
Il portale web SunRiSE, sviluppato in questo progetto, fornisce alcune
informazioni di interesse, rendendo disponibili attraverso la rete Internet i
risultati di metodologie di analisi e valutazioni condotte nell’ambito della
Ricerca di Sistema.
PRODOTTO
Il sito web SunRiSE (http://sunrise.rse-web.it/) è stato sviluppato al fine di
pubblicare misure, previsioni e dati relativi alle Fonti Rinnovabili Non
Programmabili (FRNP). Ad oggi sono consultabili attraverso il portale mappe di
irradianza per il giorno precedente, mappe di dati storici (archivio RADSAF,
periodo dal 2005 ad oggi) dell’irradianza cumulata annuale e mappe mensili
dell’irradianza cumulata giornaliera media. Sono, inoltre, visualizzabili le mappe
relative alle previsioni per alcune variabili meteo rilevanti per caratterizzare le
fonti di energia rinnovabile, quali GHI (Global Horizontal Irradiance), DNI (Direct
Normal Irradiance), velocità del vento a più quote dal suolo, temperatura
dell’aria e precipitazione. Le previsioni delle variabili meteorologiche sono
realizzate mediante una tecnica multimodel. Questa metodologia impiega due
modelli meteorologici numerici a scala limitata (RAMS - Regional Atmospheric
Area
Governo, gestione
e sviluppo del sistema
elettrico nazionale
interconnesso e
integrazione dei mercati
Progetto
Analisi e scenari elettrici,
energetici, ambientaliModeling System - e WRF -
Weather Research and
Forecasting model) e due
differenti set di condizioni al
contorno (derivanti da due
diversi modelli globali: IFS di
ECMWF e GFS di NCEP) per
creare quatto distinte catene
modellistiche che vengono
utilizzate per realizzare la
previsione multimodel.
Sul portale sono consultabili,
inoltre, mappe di previsione di
produzione fotovoltaica oraria
con diversi livelli di dettaglio
spaziale: per area di mercato,
provincia, comune e la
previsione della domanda nazionale
di energia elettrica a dettaglio orario.
Il portale consente, inoltre, la visualizzazione dell’andamento delle variabili misurate mediante la stazione solare
RSE: GHI, DNI, DHI (Diffuse Horizontal Irradiance), GTI30 (Global Tilted Irradiation), precipitazione, temperatura al
suolo, pressione atmosferica, umidità relativa.
UTILIZZO DEL PRODOTTO
I dati pubblicati attraverso il sito web SunRiSE possono essere impiegati per il monitoraggio di impianti
fotovoltaici. Le previsioni di irraggiamento al suolo e di altre variabili meteo quali l’intensità del vento (a diverse
quote dal suolo), la temperatura dell’aria e la precipitazione sono aggiornate quotidianamente. Dati storici di
irradianza possono essere impiegati per analizzare la produzione fotovoltaica di un impianto relativamente ad un
periodo del passato. I valori medi mensili sono disponibili (a partire dall’anno 2005) gratuitamente, i dati a
dettaglio orario sono distribuiti a pagamento.
I dati sono oggetto di interesse da parte di privati e aziende per valutare la producibilità in aree del territorio
nazionale.
Manifestazioni di interesse per i dati RADSAF pubblicati attraverso SunRiSE sono giunte da GSE e da istituti di
ricerca quali CNR ed ENEA per i propri fini istituzionali.
BIBLIOGRAFIA
E. Collino, P. Marcacci, A. Toppetti, Classificazione delle proprietà ottiche delle nubi da satellite Meteosat e
completamento della stazione solare di Milano, Rapporto RdS RSE 12001018, 2011
G. Decimi, SunRiSE: portale di diffusione delle previsioni per le FRNP, Rapporto RdS RSE 16002237, 2016
E. Collino, G. Decimi, P. Marcacci, SunRiSE: realizzazione di un portale per la diffusione di dati e previsioni
per le FRNP, Rapporto RdS RSE 17001777, 2017
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca Ricerca sul Sistema Energetico – RSE S.p.A.
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero Via Rubattino, 54 - 20134 Milano
dello Sviluppo Economico – D.G. Nucleare,
Energie rinnovabili ed efficienza energetica Tel. 02 39921 - Fax 02 3992 5370
– in ottemperanza al DM, 8 marzo 2006. www.rse-web.it#networkSecurity
#HVDC
SETA CONTESTO
SErvizi Il crescente livello di penetrazione della generazione da Fonti Rinnovabili Non
Programmabili (FRNP) si accompagna ad una riduzione delle risorse a supporto della
innovativi: gestione in sicurezza del sistema elettrico. In particolare, diminuisce il numero di
Tuning grandi impianti convenzionali accesi, che tradizionalmente svolgono i servizi
ausiliari, quali la regolazione di frequenza-potenza. Quest’ultima è volta a
Automatico mantenere la frequenza di rete entro un opportuno intervallo, attorno ai 50 Hz, a
fronte di perturbazioni dell’equilibrio fra generazione e carico. Grazie all’inerzia
delle loro grandi masse rotanti, i grandi impianti convenzionali contribuiscono a
contrastare le variazioni di frequenza già prima dell’intervento della regolazione.
Pertanto, all’aumentare della generazione da FRNP, le variazioni di frequenza
tendono a diventare più ampie e più rapide. Per mantenerle sotto controllo,
potrebbe essere molto utile introdurre servizi ausiliari innovativi. Se ne considerano
qui due, ovvero la regolazione primaria veloce ed il supporto di inerzia sintetica,
che agiscono su scale temporali molto brevi, dell’ordine dei secondi o delle frazioni
di secondo. Tali servizi potrebbero essere svolti, ad esempio, da componenti
caratterizzati da notevole velocità di risposta e di variazione della potenza
scambiata, quali sistemi di accumulo elettrochimico, anche a supporto di impianti
FRNP, convertitori di sistemi di trasmissione High Voltage Direct Current (HVDC),
compensatori sincroni e, sotto certe condizioni, generatori interfacciati con
inverter (ad esempio, generatori eolici e fotovoltaici).
PRODOTTO
La metodologia proposta, implementata in ambiente Matlab®, permette di
tarare in modo ottimo i sistemi di controllo per effettuare la regolazione
primaria veloce ed il supporto di inerzia sintetica: in particolare, si
minimizzano, in presenza di opportuni vincoli tecnici, l’energia scambiata con
la rete per tali servizi ed il suo costo. I vincoli riguardano la risposta dinamica
della frequenza a seguito di uno sbilancio di potenza: le condizioni di sicurezza
del sistema richiedono, infatti, un’opportuna limitazione delle escursioni della
frequenza di rete e del suo gradiente (Rate Of Change Of Frequency – ROCOF),
evitando inoltre sia la modulazione a scendere (riduzione della potenza
immessa) delle rinnovabili in caso di sovra-frequenza, sia il taglio del carico in
caso di sotto-frequenza. Più precisamente, si impongono opportuni limiti alla
deviazione di frequenza raggiunta a transitorio esaurito, alla derivata della
frequenza nell’istante immediatamente successivo all’inizio della
perturbazione, alla massima deviazione di frequenza in transitorio, al tempo di
raggiungimento di tale valore, alla massima potenza complessivamente
Area scambiata alle due regolazioni durante il transitorio.
Governo, gestione Lo strumento di ottimizzazione può in generale essere usato per vasti sistemi
e sviluppo del sistema interconnessi. Tuttavia, per ora è stato simulato su un piccolo sistema insulare, ossia
elettrico nazionale la Sardegna, che è collegata alla penisola italiana e alla Corsica tramite i due
interconnesso e collegamenti HVDC, denominati SA.CO.I. e SA.PE.I., e alla Corsica tramite il
integrazione dei mercati collegamento in corrente alternata SAR.CO. Nella sperimentazione RSE si è costruito
un modello previsionale del sistema elettrico sardo con orizzonte temporale al 2030,
Progetto in accordo con la Strategia Energetica Nazionale, che prevede il completo phase-out
Evoluzione dei sistemi degli impianti di generazione a carbone, accompagnato dall’installazione di nuovi
elettrici interconnessi e impianti termo-elettrici alimentati a gas naturale e di nuovi impianti di accumulo sia
integrazione dei mercati idrico sia elettrochimico. Le condizioni di funzionamento di un tale sistema sono
piuttosto sfidanti, in quanto caratterizzate da ridotta inerzia meccanica.UTILIZZO DEL PRODOTTO
Il gestore della rete di trasmissione
(Transmission System Operator – TSO)
deve garantire che il sistema elettrico
operi sempre in condizioni di sicurezza e
deve, quindi, approvvigionare le risorse
necessarie a fornire i servizi di
regolazione, sia di frequenza sia di
tensione.
Come indicato dall’esperienza del TSO
britannico National Grid con l’avvio del
servizio di enhanced frequency response
(una forma di regolazione primaria
veloce), l’introduzione di servizi di
regolazione veloci permette di
tamponare immediatamente o quasi le
deviazioni di frequenza, in modo da
ridurre la necessità di ricorrere ad
azioni di regolazione più lente e, quindi,
di mobilitare più risorse. Un altro
Schema a blocchi della procedura SETA. esempio significativo è quello del
Canada, in cui impianti eolici si sono
dimostrati in grado di fornire un livello
di inerzia sintetica simile a quello dei generatori sincroni tradizionali.
La metodologia sviluppata potrebbe costituire per il TSO uno strumento a supporto della programmazione e dell’esercizio
del sistema: essa permette di ricavare un utile dimensionamento, ad esempio su base oraria o quartoraria, delle quantità
ottime di risorse per svolgere la regolazione primaria veloce e garantire il supporto di inerzia sintetica.
Il TSO può quindi valutare se le risorse connesse alla rete, già oggetto di unit commitment, siano sufficienti a
fornire tali quantità ottime, oppure se sia necessario attivare altre risorse disponibili. Queste valutazioni possono
essere effettuate per un orizzonte di breve termine (ad esempio, il giorno prima per il giorno dopo) oppure di
lungo termine (ad esempio, elaborando previsioni per un anno futuro, in termini di esiti del mercato del giorno
prima, per determinare se pianificare l’installazione di risorse aggiuntive). Nel secondo caso, ad esempio, si pensi
alla situazione prevista per la Sardegna nel 2030: la procedura calcola una quantità di inerzia sintetica necessaria,
che potrebbe essere ottenuta grazie all’installazione di nuovi compensatori sincroni.
Gli studi condotti (la procedura e la sua applicazione al caso della Sardegna) sono stati presentati ad alcune
conferenze internazionali in ambito IEEE e hanno raccolto l’interesse di TERNA, oltre che di ricercatori
universitari. Si prevede, inoltre, di promuovere la procedura in ambito CIGRE (JWG C2/C4.41 Impact of high
penetration of inverter-based generation on system inertia of networks).
BIBLIOGRAFIA
S. Canavese, A Iaria, M.R. Rapizza, Nuovi servizi per la regolazione di frequenza: analisi con un modello
dettagliato dei regolatori e individuazione di una strategia di taratura ottima dei relativi parametri, con
applicazione a scenari di sviluppo al 2020 e al 2030 per il sistema elettrico sardo, Rapporto RdS RSE 18000411,
febbraio 2018
S. Canavese, M.R. Rapizza, Nuovi servizi di rete per la regolazione di frequenza: ottimizzazione tecnico-
economica in presenza di elevata penetrazione di generazione da fonti rinnovabili non programmabili,
Rapporto RdS RSE 18007670, dicembre 2018
S. Canavese, A. Iaria, M.R. Rapizza, Impact of Fast Primary Regulation and Synthetic Inertia on Grid Frequency
Control, ISGT Europe, Torino, settembre 2017
S. M. Canevese, A. Iaria, M.R. Rapizza, Optimal Automatic Parameter Tuning for Innovative Grid Frequency
Regulation Functions, AEIT International Annual Conference, Bari, ottobre 2018
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca Ricerca sul Sistema Energetico – RSE S.p.A.
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
di Programma tra RSE S.p.A. ed il Ministero Via Rubattino, 54 - 20134 Milano
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– in ottemperanza al DM, 8 marzo 2006. www.rse-web.it#alluvione
#baciniIdrici
FLOODRISK2 CONTESTO
Software La gestione del rischio ed il mantenimento in sicurezza ed efficienza del
patrimonio esistente di infrastrutture idroelettriche sono problematiche di
per valutare cruciale importanza in ogni fase del ciclo di vita delle dighe. Tenendo conto
il rischio di dell’età del patrimonio di dighe italiane e le sollecitazioni sempre più frequenti
ed intense indotte dai cambiamenti climatici in atto, queste problematiche
inondazione ed assumono oggi una sempre maggior rilevanza.
La valutazione delle conseguenze di un ipotetico dam-break è in tal senso un
i costi-benefici elemento essenziale della valutazione del rischio e fornisce una misura
oggettiva per il confronto fra diverse situazioni e per stabilire la priorità di
della mitigazione eventuali interventi.
Allo stesso tempo, l’intensificarsi della frequenza degli eventi alluvionali
naturali in Europa ha indotto il Parlamento ed il Consiglio Europeo
all’emanazione di un’apposita Direttiva, la 2007/60/CE, relativa alla
valutazione ed alla gestione del rischio di alluvioni. Tale Direttiva è stata
recepita nell’ordinamento italiano con il Decreto Legislativo 23 febbraio 2010 n.
49. In particolare, secondo tale Decreto, le Autorità di bacino distrettuali di cui
all’articolo 63 del d.l.gs n. 152 del 2006 sono chiamate alla pianificazione
secondo un approccio a lungo termine, scandito in tappe successive e tra loro
concatenate. In queste tappe, un’attività fondamentale è costituita proprio
dall’analisi del rischio idraulico con la stima della popolazione coinvolta, delle
infrastrutture strategiche e principali e dei beni ambientali e storici interessati.
PRODOTTO
Floodrisk2 è uno strumento software (aggiornamento di un precedente plug-in
per il GIS), che è stato oggetto di oltre 10.000 download. Esso consente, in un
unico ambiente informatico, l’elaborazione di informazioni territoriali e socio-
economiche, l’integrazione dei risultati di modelli idraulici per la definizione
delle aree inondabili e l’impiego di metodologie per la stima delle conseguenze
in termini di perdita di vita e di danno economico. La versione aggiornata
contiene funzionalità aggiuntive quali la gestione di più eventi, e relativa
probabilità di accadimento, ed un’analisi costi-benefici di eventuali interventi
di mitigazione.
Floodrisk2 utilizza un approccio di valutazione di tipo speditivo, basato su
metodologie, derivate dalla letteratura scientifica, che richiedono una quantità
minima di dati e ampiamente disponibili.
Lo strumento permette una rapida valutazione delle conseguenze di eventi con
Area differente probabilità (tempo di ritorno), ad una scala che è funzione del
Governo, gestione dettaglio dei dati utilizzati; ad esempio, per la stima del danno economico si
e sviluppo del sistema possono utilizzare mappe dell’uso del suolo a diversa scala oppure utilizzare
elettrico nazionale mappe dell’edificato con il dettaglio di ogni singolo edificio. Applicato a diverse
interconnesso situazioni, lo strumento consente il confronto consistente di diversi gradi rischio
e integrazione dei mercati e, quindi, di stabilire, ad esempio, un ordine nella priorità degli interventi per il
miglioramento della sicurezza.
Progetto Il software è costituito da script in linguaggio python sia per la parte di interfaccia
Sicurezza e vulnerabilità utente sia per la parte di calcolo, i quali, opportunamente installati, vengono
del sistema elettrico riconosciuti (plug-in) da Quantum GIS e si presentano all’utente sotto forma di
menù aggiuntivi che consentono di eseguire le diverse funzioni di FloodRisk2.Esempio di mappa delle aree soggette a rischio
CURVE F-N
Scenario 0
Scenario 1 Esempio di confronto di due curve di probabilità di perdire
1/25
di vite umane per diversi tempi di ritorno relative
rispettivamente ad uno scenario 0 senza interventi
Annual Exceedance Probability (AEP)
e ad uno scenario 1 con interventi di mitigazione
1/100
1/500
2.0 2.5 3.0 3.5 4.0
Number of Loss of Lifes
UTILIZZO DEL PRODOTTO
Il prodotto FloodRisk2 è uno strumento che consente alle Autorità di protezione civile, alle Autorità di distretto o
ai gestori delle opere, la possibilità di valutare le perdite, sia economiche che in termini di possibili vite umane, a
seguito di un’inondazione, sia essa naturale o derivante da incidente su un’opera idraulica, quale ad esempio una
diga ad uso idroelettrico.
Per la valutazione delle perdite di vite umane, sono state implementate in FloodRisk2 due metodologie, di cui una
proposta da US Department of Homeland Security (DHS), più specifica per i dam-break, ed una tratta dalle
conclusioni del recente progetto Europeo denominato SUFRI.
Per la stima delle conseguenze economiche si adotta una metodologia che deriva le perdite in funzione delle
massime altezze d’acqua dovute all’inondazione. Il sistema contiene un database di curve, tratte da letteratura
internazionale e rese fra loro omogenee.
Infine, se vengono ipotizzati interventi di mitigazione, è possibile valutarne i benefici in termini di riduzione del
danno ed effettuarne un’analisi costi-benefici.
BIBLIOGRAFIA
R. Albano, A. Cantisani,L. Giosa, L. Mancusi, A. Sole, Risk assessment for hypothetical dam break – A method
for the rapid and consistent evaluation, 12th ICOLD International Benchmark Workshop on Numerical Analysis
of Dams, Graz (Austria), 2-3 october 2013
R. Albano, L. Mancusi, A. Sole, FloodRisk: a QGIS plugin for flood consequences estimation, Geomatics
Workbooks n° 12 – FOSS4G Europe, Como, 2015
A. Abbate, R. Albano, L. Mancusi, Improving flood risk analysis for effectively supporting the implementation
of flood risk management plans: The case study of “Serio” Valley, Environmental Science and Policy, 75: 158–
172, 2017
Questo lavoro è stato finanziato dal Fondo di Ricerca Ricerca sul Sistema Energetico – RSE S.p.A.
per il Sistema Elettrico nell’ambito dell’Accordo
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dello Sviluppo Economico – D.G. Nucleare,
Energie rinnovabili ed efficienza energetica Tel. 02 39921 - Fax 02 3992 5370
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#calcoliStrutturali
IRIS CONTESTO
Indici di RIschio La valutazione del rischio sismico delle dighe esistenti rappresenta un tema
quanto mai attuale, in considerazione della elevata pericolosità sismica del
Sismico territorio nazionale e dell’entità delle potenziali conseguenze che potrebbero
per le dighe scaturire dal rilascio dell’ingente volume d’acqua ritenuta. Sebbene le dighe
storicamente abbiano manifestato un livello di resilienza eccellente nei confronti
in calcestruzzo dei terremoti, le catastrofiche conseguenze che potrebbero scaturire dal loro
danneggiamento o collasso impongono di non trascurarne il continuo controllo.
In questa direzione si stanno muovendo le recenti normative, raccomandazioni
e linee guida nazionali e internazionali, che richiedono la riverifica anche delle
strutture già esistenti, progettate per lo più facendo riferimento a pericolosità
sismiche, normative e metodi di analisi ormai obsoleti.
La normativa nazionale di recente emanazione (D.M. 26 giugno 2014) richiede
che le oltre 500 grandi dighe italiane siano a breve sottoposte a verifiche
sismiche aggiornate.
In considerazione della numerosità dei casi da analizzare e dei tempi necessari,
RSE ha concepito lo strumento IRIS per analisi preliminari di supporto ai gestori
e alle autorità per individuare le priorità con cui sottoporre le dighe a verifica e
condurre gli opportuni approfondimenti.
Infatti, la complessità degli studi richiesti, che comprendono la definizione della
pericolosità in termini di probabilità di un evento sismico, nonché della
vulnerabilità strutturale della diga e delle conseguenze dell’inondazione delle zone
a valle in caso di rottura, richiede la disponibilità di uno strumento di facile utilizzo
per una rapida classificazione delle dighe in base ai differenti livelli di rischio.
PRODOTTO
IRIS è un prodotto software realizzato come plug-in per il software open source
QGIS, in grado di classificare le dighe in calcestruzzo in termini di rischio sismico.
Lo strumento fornisce una stima del rischio qualitativa, preliminare e relativa,
utilizzando criteri e metodi speditivi che, a partire da pochi parametri
rappresentativi di facile reperibilità, consentono la definizione di indici associati
alla pericolosità sismica, alla vulnerabilità strutturale e alle conseguenze.
Per la pericolosità sismica si fa riferimento alla mappa del territorio nazionale
sviluppata dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV).
Per la vulnerabilità strutturale è stato messo a punto un metodo per classificare le
grandi dighe a volta e a gravità; per le due tipologie sono stati individuati fattori di
vulnerabilità sismica espressi in funzione dei dati caratterizzanti la geometria della
diga. I dati sono calibrati e validati con i risultati di analisi numeriche agli elementi
finiti, effettuate su un campione rappresentativo di dighe, capaci di riprodurre i tipici
modi di rottura per azione sismica.
Area Per le conseguenze, sono stati studiati metodi speditivi per la stima approssimata
Governo, gestione delle aree soggette a inondazione per effetto della rottura di una diga e per la
e sviluppo del sistema successiva valutazione della perdita di vite e di danno economico. I metodi studiati
elettrico nazionale comprendono il calcolo dell’idrogramma delle portate in uscita dall’ipotetica breccia
interconnesso in diga. Sono state utilizzate le classiche formulazioni di idraulica dell’efflusso da luci
e integrazione dei mercati a pelo libero e il successivo calcolo della propagazione a valle basato sulla
formulazione delle onde cinematiche, nel quale la geometria della valle è tratta dal
Progetto modello digitale del terreno. La valutazione delle conseguenze è, infine, effettuata
Sicurezza e vulnerabilità mediante intersezione delle aree inondabili con l’insieme degli elementi esposti (la
del sistema elettrico popolazione e i beni), tratti da open data pubblici riorganizzati in un apposito
geodatabase. Gli indici associati alla pericolosità sismica, alla vulnerabilità strutturalePuoi anche leggere
