Come funziona la centrale elettrica virtuale?

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Next Box

La Next Box è la nostra unità di telecontrollo autosviluppata, che viene utilizzata per collegare ogni impianto al nostro sistema di controllo. Soddisfa tutti i requisiti tecnologici e di sicurezza del TSO per la partecipazione ai mercati del controllo della frequenza di rete (Codice di Rete).

La Next Box è il collegamento alla Next Pool. Ci permette di collegare migliaia di produttori e consumator di energia elettricai decentralizzati al nostro sistema centrale e di controllarli da lì. Ma questo è solo una parte del vantaggio: con la Next Box, gli impianti sono sempre in grado di inviarci, in tempo reale, i dati esatti di cui abbiamo bisogno per vendere l'elettricità sui mercati, con la precisione di un quarto d'ora. 

Proprietà tecniche della Next Box

  • La Next Box collega gli impianti della Next Pool al nostro sistema di controllo.
  • Il collegamento funziona in entrambe le direzioni
  • La Next Box invia informazioni sul funzionamento dell'unità remota al sistema di controllo.
  • Attraverso la Next Box, il sistema di controllo può accendere o spegnere le unità.
  • La comunicazione dei dati avviene tramite una connessione GPRS, che viene stabilita utilizzando una scheda SIM.
  • I dati vengono crittografati direttamente nella Next Box
  • Le schede SIM del modem devono essere autenticate in modo che possano unirsi al gruppo chiuso di utenti e possano inviare i dati dell’utente al nostro sistema di controllo. L'autenticazione viene effettuata dal nostro sistema di controllo
  • Una volta che nel nostro sistema di controllo, i dati vengono decifrati.

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Produttori di energia flessibile

Un esempio di produzione di energia flessibile è data da  impianti a biogas, centrali idroelettriche o impianti di cogenerazione. La caratteristica che accomuna questi impianti è la possibilità di regolare la loro produzione di energia indipendentemente da fattori esterni, come le condizioni meteo, che viceversa influenzano la produzione di impianti eolici o solari. 

Con la capacità di controllare la produzione di energia elettrica, i produttori di energia flessibili possono fornire misure di controllo della frequenza di rete. Ciò significa che la produzione può essere regolata (a salire o a scendere) in base alle esigenze del TSO. I produttori di energia elettrica flessibili possono essere utilizzati anche per il funzionamento nei picchi di carico, producendo energia quando i prezzi sono elevati e riducendo la produzione quando i prezzi sono bassi. Con il nostro sistema di controllo possiamo calcolare un programma individuale ottimizzato per ogni impianto per offrire la massima redditività per ogni asset. 

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Produttori di energia volatile

Le centrali eoliche o solari sono esempi di produttori di energia volatile. La loro produzione di energia dipende dalle condizioni meteorologiche e non possono quindi regolare la produzione a loro piacimento. Tuttavia, possono fermarsi se i prezzi dell'energia elettrica scendono troppo. La quantità di energia immessa in rete da impianti solari ed eolici non può essere prevista con la massima precisione. Ma quando il punto di consegna si avvicina, le previsioni migliorano. Questo è particolarmente vero nel marketing diretto, dove la qualità delle previsioni è aumentata grazie ad una maggiore precisione.

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Vendiamo energia da tutte le centrali elettriche aggregate distribuite sui vari mercati. Acquistiamo energia anche su questi mercati per conto dei nostri clienti consumatori. I mercati più importanti sono:

  •  Mercato del Giorno Prima – MGP

  •   Mercato Infragiornaliero – MI, si svolge in sette sessioni

  • Mercato per il Servizio di Dispacciamento – MSD, si articola in fase di programmazione (MSD ex-ante) e Mercato del Bilanciamento (MB)

Questi mercati si distinguono per termini e periodi di prodotto diversi. I contratti a lungo termine sono stipulati sul mercato dei Power Futures, mentre l’energiaper il giorno successivo è negoziata sul mercato del giorno prima. Sul mercato infragiornaliero viene negoziata l'energia elettrica per il giorno corrente (fino a 5 minuti prima della consegna). 

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Gruppi Elettrogeni

I gruppi elettrogeni forniscono energia alle proprietà in caso di guasto alla rete. Questi generatori sono spesso utilizzati in ospedali, complessi industriali o edifici amministrativi. In Germania, la rete è altamente affidabile e i gruppi elettrogeni sono usati raramente. Tuttavia, circa 9.000 di questi generatori sono installati in tutto il paese. Normalmente, i gruppi elettrogeni devono accendersi immediatamente in caso di guasto alla rete. Questo li rende perfetti per fornire un controllo positivo della frequenza di rete: In caso di mancanza di energia elettrica nella rete, un gruppo elettrogeno può fornire immediatamente l'alimentazione stabilizzando la rete stessa. 

In pratica, il processo funziona in questo modo: durante un guasto alla rete, il gruppo elettrogeno si attiva e fornisce energia alla proprietà collegata, come ad esempio un ospedale. Ciò significa che l'ospedale non ha bisogno di ricevere energia elettrica dalla rete, riducendo la domanda di energia elettrica. In questo modo si riduce lo squilibrio sulla rete elettrica. Da questo punto di vista, fornire il controllo della frequenza di rete con un gruppo elettrogeno è una forma di risposta alla domanda - un adattamento flessibile sul lato della domanda.

Anche se i gruppi elettrogeni sono generalmente alimentati a gasolio, il loro utilizzo come misura di stabilizzazione della rete è giustificabile dal punto di vista della sostenibilità. L'esercizio per il controllo della frequenza di rete può essere considerato un test di funzionamento delle unità, che sarebbe comunque necessario. Ciò significa che la durata d'esercizio annuale non aumenta necessariamente quando i gruppi elettrogeni sono utilizzati per la regolazione della frequenza di rete. Inoltre, utilizzando gli impianti già disponibili, non è necessario costruire nuovi impianti e si può ridurre il funzionamento delle centrali elettriche convenzionali. 

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Power to Heat

Dal punto di vista della rete, gli impianti Power to heat (PtH) - essenzialmente riscaldatori elettrici di grandi dimensioni - funzionano in modo opposto ad un gruppo elettrogeno: Trasformano l'energia in eccesso dalla rete in calore. 

Poiché l'energia elettrica è una fonte di energia più costosa del calore, gli impianti PtH si trovano di solito vicino alle aree industriali e agli impianti per fornire calore nel caso in cui i prezzi dell'energia elettrica siano bassi, o addirittura negativi. Gli impianti di produzione di energia elettrica e termica sono ideali per il funzionamento nei picchi di carico se sono collegati ad una centrale elettrica. Possono anche fornire un controllo negativo della frequenza di rete quando c'è un eccesso di potenza nella rete grazie alla loro capacità di trasformare l'energia elettrica in calore. 

Un concetto di utilizzo alternativo per le centrali elettriche per il riscaldamento è quello di collocarle tra un produttore di energia elettrica (come un impianto di cogenerazione) e il punto di immissione in rete pubblica. In questo modo si garantisce che solo l'energia in eccesso proveniente dall'unità produttiva venga utilizzata per creare calore, piuttosto che affidarsi all'energia elettrica proveniente dalla rete.

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Controllo della frequenza di rete 

La regolazione della frequenza di rete serve a stabilizzare la rete elettrica. Può essere considerata come una sorta di riserva di potenza che può essere attivata dal gestore della rete di trasmissione (Terna) nel caso in cui la frequenza di rete si discosti drasticamente da 50 Hz. Tali fluttuazioni si verificano quando l'offerta e la domanda di energia elettrica non sono allineate. 

Il mercato della risposta in frequenza in Italia non è ancora aperto alle risorse energetiche decentralizzate al di sotto dei 10 MW. Tuttavia, una volta che verrà aperto, la soglia minima del gestore di rete sarà più facile da gestire in modo collaborativo all'interno di una centrale elettrica virtuale piuttosto che come singolo produttore di energia elettrica. Una volta che verrà approvato mercato del controllo della frequenza di rete, i partecipanti riceveranno un compenso per l'energia fornita.  

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Partner di interfaccia

Per controllare a distanza le unità che producono o consumano energia viene utilizzato uno specifico protocollo di comunicazione. L'interfaccia di protocollo raccoglie informazioni su ogni singola risorsa, come la disponibilità o la produzione corrente, e trasmette queste informazioni via Internet al nostro sistema di controllo. L'interfaccia del protocollo può anche accedere alle unità di potenza e ridurre o aumentare il loro consumo o produzione. 

A sinistra, potete vedere i produttori con i quali abbiamo già collaborato per integrare gli impianti di produzione e consumo di energia elettrica nella nostra centrale elettrica virtuale. Il nostro supporto viene spesso ampliato per includere nuovi produttori. Contattateci se desiderate utilizzare una nuova interfaccia di controllo che non è ancora presente nell'elenco.

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Consumatori 

Storicamente, i consumatori di energia elettrica sono stati protagonistipassivi nel mercato dell'energia. I consumatori di solito sottoscrivono contratti a lungo termine per la fornitura di energia elettrica e consumano tutta l'energia di cui hanno bisogno per gestire impianti industriali, un'azienda o una casa privata. Il consumo di energia è stato visto come un processo statico. 

Oggi, la situazione è cambiata: il consumo viene adattato alla fornitura. Durante certi periodi, e a seconda dell'alimentazione elettrica e dei prezzi dell'energia, i consumatori di energia elettrica possono utilizzare più o meno energia di quanto originariamente previsto. Questa regolazione flessibile è chiamata risposta alla domanda. 

Utilizzando le misure di risposta alla domanda, anche i consumatori di energia flessibili, quali celle frigorifere, pompe o unità power-to-heat (PtH), possono fornire il controllo della frequenza di rete. Su richiesta del TSO possono ridurre o aumentare il loro consumo se la rete è soggetta a periodi di eccesso o insufficienza dell'alimentazione elettrica. 

Se le unità che consumano di energia elettrica sono collegate a una borsa elettrica, possono anche allineare i loro consumi con i prezzi del mercato infragiornaliero utilizzando la nostra tariffa Best of 96: Quando i prezzi di scambio sono elevati, il consumo di energia elettrica si riduce. Quando i prezzi scendono, il consumo raggiunge il livello attuale. Questo aiuta a stabilizzare la rete, oltre a ridurre i costi di consumo energetico.

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Il nostro sistema di controllo

Il sistema di controllo è il cuore tecnologico della Centrale Virtuale ed è gestito esclusivamente dai nostri tecnici di sistema. Il sistema di controllo riceve tutte le informazioni relative alle unità e alla rete elettrica dalle Next Box utilizzando la comunicazione machine-to-machine (M2M) e le alimenta alla nostra Centrale Virtuale. Quando le informazioni arrivano al sistema di controllo, i dati vengono riautenticati da un cluster di router firewall, decifrati e memorizzati nel nostro database. 

Con questi dati, sappiamo sempre quanta potenza è disponibile nella Next Pool e quanta potenza possiamo fornire per il controllo della frequenza di rete. Durante una chiamata di controllo della frequenza di rete, i nostri algoritmi controllano quali impianti di produzione o consumo ridurre o aumentarein tempo reale. La produzione o il consumo ottimizzato viene immediatamente inviato attraverso la nostra interfaccia di comunicazione ad ogni impianto che ha bisogno di regolare il suo funzionamento.

l'uso del sistema di controllo va oltre il controllo della frequenza di rete. Il sistema di controllo svolge anche un ruolo importante nel controllo dei produttori e dei consumatori di energia elettrica in base ai prezzi delle borse elettriche. A seconda dei prezzi sul mercato giornaliero e infragiornaliero, il sistema di controllo decide come devono funzionare i singoli impianti, come gli impianti di biogas o le pompe idrauliche. Gli algoritmi di ottimizzazione scelgono continuamente il programma migliore per ogni impianto nella Next Pool. I produttori di energia elettrica producono solo la quantità di energia effettivamente necessaria alla rete, mentre i consumatori flessibili utilizzano questo meccanismo per consumare energia solo quando costa meno. Ciò consente al nostro sistema di controllo di contribuire a stabilizzare la rete contro le fluttuazioni prima ancora che il controllo della frequenza sia necessario.  

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Modem della Next Box

Il modem è necessario per stabilire un collegamento tra un impianto (come un'unità di biogas o una pompa industriale) e il sistema di controllo. Utilizzando il modem, i dati della Next Box possono essere trasmessi al nostro sistema di controllo tramite un gruppo chiuso di utenti. Una scheda SIM integrata viene utilizzata per identificare ogni impianto al gruppo di utenti e la Next Box può scambiare dati con il sistema di controllo dopo l'autenticazione.

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Atenna della Next Box

L'antenna aumenta la portata del ricevitore nella Next Box. Se la Next Box è installata in un luogo con scarsa ricezione, come ad esempio una sala macchine, l'antenna può essere installata in un altro luogo con una migliore ricezione, ad esempio sul tetto.

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Unità di controllo della Next Box

Ogni Next Box contiene un piccolo controller logico programmabile di memorizzazione. Questa unità è essenzialmente un piccolo computer che elabora e codifica i dati operativi grezzi dell'impianto. Controlla continuamente il funzionamento dell'impianto e trasmette questi dati al sistema di controllo. Sulla base di questi dati, il sistema di controllo calcola i programmi di funzionamento dei produttori di energia elettrica e dei consumatori.

I dati sono costituiti da:

  • Disponibilità dell'impianto
  • Alimentazione di corrente
  • Contributo dell'impianto alla regolazione della frequenza di rete
  • Quantità di gas o accumulo di calore
  • Temperatura attuale (esempio: una cella frigorifera)
  • Livello dell'acqua (esempio: una pompa industriale)

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Biogas

Il biogas viene creato dalla fermentazione della biomassa. Il letame liquido, le piante energetiche come il mais, i rifiuti biologici o una miscela di tutti questi elementi vengono utilizzati come substrati. Quando il substrato non produce più gas, la materia biologica che rimane viene utilizzata come fertilizzante di alta qualità che ha un odore meno potente del letame ed è una migliore fonte di nutrienti per le piante.

Un impianto di biogas è di solito collegato ad un'unità di cogenerazione con un generatore. L'energia elettrica e il calore prodotto in questa configurazione è spesso usato localmente. La produzione di energia elettrica con un impianto a biogas è molto efficiente, specialmente per fornire calore ai clienti locali.

Un altro vantaggio degli impianti a biogas rispetto ai produttori di energia volatile è la lunga durata di conservazione della loro fonte di energia primaria, poiché il biogas può essere immagazzinato per un certo tempo in serbatoi. Ciò significa che la produzione di biogas può essere ridotta nei periodi in cui la produzione di energia eolica e solare è elevata. È semplice come spegnere la cogenerazione; il processo di fermentazione continua e il biogas risultante viene immagazzinato nei serbatoi di gas. L'installazione di serbatoi di gas aggiuntivi aumenta la capacità di stoccaggio del biogas e prolunga il periodo di produzione di energia elettrica sospesa, rendendo il biogas un produttore di energia elettrica eccezionalmente flessibile che offre un contributo prezioso per una transizione energetica di successo.

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Energia idroelettrica

Una centrale idroelettrica è installata in una diga o sulle rive di un fiume. In entrambi i casi, l'acqua passa attraverso una turbina collegata ad un generatore che produce energia elettrica. Tra tutte le fonti di energia sostenibile, l'energia idroelettrica può essere considerata la più convenzionale: l'acqua è stata utilizzata per secoli per alimentare macchinari come i mulini.

Le centrali ad acqua fluente hanno generalmente un margine di flessibilità inferiore rispetto alle centrali a bacino, che utilizzano l'acqua immagazzinata dietro una diga. Tuttavia, le centrali ad acqua fluente possono comunque fornire una flessibilità che può essere utilizzata per misure di controllo della frequenza di rete. Questa flessibilità può essere utilizzata in misura maggiore se l'impianto è collegato ad altre unità in una centrale elettrica virtuale. Possono essere utilizzati per produrre energia elettrica in relazione ai prezzi della borsa elettrica o per il controllo della frequenza di rete.

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Impianti di cogenerazione

Gli impianti di cogenerazione sono per lo più gestiti insieme a impianti a biogas o a gas. In un impianto di cogenerazione, il gas viene trasformato in energia elettrica tramite un generatore. Il calore risultante può riscaldare un altro mezzo (come l'acqua), che viene utilizzato come fonte di calore locale in edifici comunali o complessi industriali. Questa configurazione può raggiungere tassi di efficienza del 90% quando l’unità di cogenerazione è vicina.

Un impianto di cogenerazione può essere utilizzato principalmente per generare calore o elettricità. Di solito gli impianti di cogenerazione che producono energia elettrica sono più flessibili per la rete elettrica rispetto agli impianti di cogenerazione che producono calore. Gli impianti di cogenerazione basati sul calore hanno solitamente una quantità fissa di calore da produrre e possono quindi regolare la produzione solo in una certa misura. Tuttavia, anche questo grado di flessibilità può essere utilizzato sugli scambi di energia elettrica, poiché il calore è un mezzo inerte.

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Centrali elettriche

La maggior parte delle centrali elettriche genera energia in modo simile a un motore a vapore: bruciando una fonte di energia primaria si riscalda l'acqua e il vapore risultante aziona una turbina per generare l'energia elettrica. In uno scenario ideale, sia il calore risultante che l'energia risultante possono essere utilizzati per ottenere la massima efficienza.

Il settore dell'energia sostenibile vede una gamma particolarmente ampia di fonti di energia primaria utilizzata per generare energia elettrica. Spesso si tratta di fonti di gas, ma le fonti energetiche si presentano anche in altre forme, come i pellet di legno.

Esempi di centrali elettriche sostenibili e convenzionali sono:
  • Impianti a gas
  • Impianti di depurazione dei gas di scarico
  • Impianti a base di metano
  • Impianti a gas di discarica
  • Impianti alimentati a rifiuti
  • Impianti a biomassa (legno)

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Vento

La produzione di energia da parchi eolici dipende da fattori esterni, come la forza del vento, e non può quindi essere adattata alla domanda della rete. Tuttavia, gli impianti eolici possono essere chiusi completamente durante periodi di prezzi notevolmente bassi o in caso di eccesso di potenza nella rete; i gestori della rete di distribuzione utilizzano spesso questa misura per ridurre l'immissione in rete. Attualmente la maggior parte dei TSO non utilizza l'energia eolica per il controllo della frequenza di rete.

È complicato fornire previsioni affidabili e a lungo termine sulla quantità di energia immessa in rete dai parchi eolici. Le previsioni diventano più precise con l’approssimarsi della consegna. Negli ultimi anni, la qualità delle previsioni è notevolmente migliorata.

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Solare

La produzione di energia da impianti solari, o fotovoltaici, dipende dall'irraggiamento solare e quindi non può essere completamente adattata alle esigenze della rete. Tuttavia, gli impianti solari possono essere completamente disattivati in periodi di prezzi notevolmente bassi o in caso di eccesso di energia nella rete; i gestori della rete di distribuzione utilizzano spesso questa misura per ridurre l'immissione in rete. Oggi l'energia solare non viene utilizzata per il controllo della frequenza di rete. L'energia proveniente dai parchi solari può essere scambiata in borsa tramite centrali elettriche virtuali.

Le centrali solari hanno il vantaggio che il loro profilo di immissione in rete è molto simile al profilo della domanda. Cresce al mattino, raggiunge il suo apice a mezzogiorno e scende la sera. È quindi più probabile che l'energia solare venga prodotta in un dato momento in cui è effettivamente necessaria.

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I nostri server

I server sono una parte importante del nostro sistema di controllo perché memorizzano tutte le informazioni di cui abbiamo bisogno per fornire programmi ottimizzati per i nostri produttori e consumatori di energia elettrica nella Centrale Elettrica Virtuale. I dati vengono inviati ai server tramite una connessione crittografata o attraverso la Next Box o un'interfaccia di protocollo. Una volta che i dati vengono ricevuti dal cluster di server (dietro un firewall sicuro), i dati vengono autenticati, decifrati e memorizzati nella posizione corrispondente nella struttura del server.

Le informazioni che raccogliamo e memorizziamo includono:

  • Disponibilità dell'impianto
  • Alimentazione di corrente
  • Contributo dell'impianto alla regolazione della frequenza di rete
  • Quantità di gas o accumulo di calore
  • Temperatura attuale (esempio: una cella frigorifera)
  • Livello dell'acqua (esempio: una pompa industriale)

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I nostri algoritmi di ottimizzazione

I nostri algoritmi di ottimizzazione fanno parte del nostro sistema di controllo. Sono stati sviluppati dai nostri ingegneri di sistema insieme ai nostri partner per calcolare i programmi ottimali per i nostri consumatori e produttori di energia elettrica.

Sulla base dei dati trasmessi ai nostri server con la Next Box, sappiamo esattamente quanta potenza è disponibile nel pool e quanta potenza possiamo offrire alle aste per il controllo della frequenza di rete. E' importante che questi dati siano corretti: la quantità di potenza che accettiamo di fornire deve essere disponibile in qualsiasi momento nella Next Pool per evitare di mettere a repentaglio la stabilità della rete.

Durante una chiamata a frequenza di rete, il nostro sistema ottimizza continuamente le proprie prestazioni: Il sistema di controllo convalida tutti i dati di ogni singolo impianto, verificando la disponibilità e la potenza. Questi numeri vengono verificati contemporaneamente rispetto ai valori desiderati dai TSO. Infine, il sistema di controllo invia l'ordine desiderato ai singoli impianti, con i nostri algoritmi che calcolano ogni secondo gli impianti che devono aumentare o diminuire la produzione.