Previsione del caricoPrevisione del carico – Quando si parla di previsione del carico si intende il fabbisogno

futuro di energia (e di potenza) dell’utenza finale.

– Il fabbisogno futuro è funzione dello spazio, è funzione, cioè, dell’area geografica considerata.

– Il fabbisogno futuro è funzione del tempo: per una assegnata area geografica si identificano orizzonti temporali di:

– Lungo termine (da 1 – 3 anni fino a 10 anni)

– Medio termine (da un giorno – una settimana ad un anno)

– Breve termine (un giorno – una settimana)

Previsione del caricoPrevisione del carico

– La previsione del carico serve a sviluppare correttamente le funzioni di:

– Pianificazione (pianificare un sistema significa prevedere con un consistente anticipo quali potranno essere le sue necessità future al fine di predisporre adeguatamente gli impianti necessari e sufficienti a soddisfare tali necessità)

– Esercizio (esercire un sistema significa far funzionare gli impianti esistenti in maniera ottimale con l’obiettivo di ottenere il servizio per il quale il sistema stesso è stato realizzato)

Previsione del caricoPrevisione del carico – Si deve prevedere l’evoluzione della richiesta del carico perché:

– L’energia elettrica non può essere immagazzinata in forma diretta e deve essere prodotta nel momento in cui viene richiesta

– La domanda dipende dalle attività umane e varia nel tempo con cicli che sono giornalieri, settimanali, stagionali

– La produzione è funzione sia della disponibilità dei gruppi (manutenzione programmata e non, disponibilità di acqua, ecc.) sia dalle loro caratteristiche tecniche (tempi e modalità di avviamento, rampe, ecc.)

– La previsione deve essere fatta con obiettivi temporali diversi (giornalieri, settimanali, annuali, ecc.)

Previsione del caricoPrevisione del carico – Fabbisogno = consumi + perdite

– Consumi: energia elettrica misurata nel punto di consegna commerciale e convertita per gli usi finali (alimentazione di macchine operatrici, trazione, illuminazione, climatizzazione, ecc.)

– Perdite: perdite interne al sistema nell’ambito dei “confini” all’interno dei quali si valuta il fabbisogno; per un sistema di distribuzione i “confini” sono rappresentati della sbarre in MT delle stazioni di trasformazione AT/MT

– Fabbisogno netto = fabbisogno di un sistema alle sbarre AT delle centrali e dei sistemi di interconnessione

– Fabbisogno lordo = fabbisogno netto + energia elettrica per pompaggi, servizi ausiliari e perdite di centrale

Previsione del caricoPrevisione del carico

– Fabbisogno di energia primaria: energia primaria necessaria ad ottenere il fabbisogno lordo di energia elettrica richiesta dal sistema.

– L’energia elettrica fa in generale parte del bilancio complessivo dell’energia e contribuisce quindi alla definizione di indicatori relativi ai consumi di energia primaria di ciascun Paese.

Energia richiesta nel Energia richiesta nel tempotempo

– L’energia richiesta in un intervallo unitario (tipicamente un anno) in un sistema elettrico sufficientemente esteso si può scrivere nella forma

TwiWW )1(0

– W0 = energia richiesta all’inizio del periodo T

– W = energia richiesta alla fine del periodo T

– Iw = tasso di incremento nel periodo T

Energia richiesta nel Energia richiesta nel tempotempo

– La curva che si ottiene si chiama curva tendenziale; i valori di W0 e di iw si ottengono per estrapolazione da serie storiche dei consumi

curva tendenziale

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 5 10 15 20

anni

co

ns

um

i

Energia richiesta nel Energia richiesta nel tempotempo – Analiticamente si può giungere allo stesso risultato partendo

dall’ipotesi che l’incremento medio di W nell’unità di tempo sia costante e cioé

adtWdW

hTaW ln

Tah eeW

dtaW

dW

– Ed avendo posto W = W0 per T = 0

TaeWW 0

Energia richiesta nel Energia richiesta nel tempotempo – Se si pone

)1( wa ie

– E se iw è abbastanza piccolo

)1ln( wia – Si ottiene

wia

Energia richiesta nel Energia richiesta nel tempotempo – Partendo invece dall’ipotesi che l’incremento medio di W

nell’unità di tempo diminuisca linearmente con l’energia W si ottiene la funzione logistica

WbadtWdW

dtb

Wba

W

dW

)(

)11

()(

1

WbaWa

b

Wba

W

dTbW

baWa

bdW

)

11(

Energia richiesta nel Energia richiesta nel tempotempo – Semplificando e ponendo k

b

a

dTaWk

dW

W

dW

hTaWk

WWkW

ln)ln(ln

– che integrata

Tah eeWk

W TaeC

kW

1

– dove heC

Energia richiesta nel Energia richiesta nel tempotempo – La curva che si ottiene si chiama curva logistica; le costanti k e C

si ottengono rispettivamente per T uguale a 0 e tendente a

curva logistica

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 10 20 30 40

anni

co

ns

um

i

Previsione del caricoPrevisione del carico – Esiste un legame molto stretto che intercorre tra lo sviluppo del

consumo di energia elettrica e lo sviluppo dell’economia; assumendo in particolare come indice economico il PIL dalle serie storiche dei valori si ottiene un legame del tipo

aPkW

– E’ possibile dimostrare che a (fattore di elasticità) assume la seguente forma

P

w

i

i

PdPWdW

a

Previsione mediante intensità Previsione mediante intensità elettricaelettrica

– Una diversa tecnica per la determinazione dello sviluppo della domanda si basa sulla definizione funzionale del comportamente delle diverse componenti del carico.

– In particolare la previsione deve essere effettuata per settori, ed in particolare:

– Domestico

– Industria e agricoltura

Previsione mediante intensità Previsione mediante intensità elettricaelettrica

– Per il settore domestico la stima dovrà considerare:

– Piani regolatori

– Numero di abitazioni occupate

– Numero di persone per abitazione

– Numero, tipologia e consumo degli apparecchi elettrodomestici

– Diffusione e relativa evoluzione dei diversi apparecchi elettrodomestici

– Tipo di illuminazione e relativo consumo medio per abitazione occupata

Previsione mediante intensità Previsione mediante intensità elettricaelettrica

– Per il settore dell’agricoltura e industria viene definita, per ciascuno dei setto-settori coinvolti (agricoltura; industria: metallurgica, chimica, cartaria, meccanica, alimentare, tessile, ecc.) l’intensità elettrica intesa come rapporto tra la quantità di energia elettrica consumata ed il relativo valore aggiunto (naturalmente per ciascun sotto-settore).

– Dall’analisi delle serie storiche si può osservare che, a parte alcune eccezioni, l’intensità elettrica si mantiene relativamente costante nel tempo; ciò permette quindi di effettuare una previsione della domanda partendo dalla stima di un parametro economico.

Modello settimanale e modello Modello settimanale e modello mensilemensile

– Le tecniche di previsione della domanda prima descritte danno indicazioni sulla evoluzione della domanda su tempi lunghi; è necessario quindi definire opportuni modelli anche per tempi più brevi.

– Poiché le attività umane hanno ciclicità note ed in particolare una ciclicità giornaliera ed una stagionale, verranno definiti i seguenti modelli:

– Modello del carico settimanale

– Modello del carico mensile

Modello settimanaleModello settimanale– Il modello settimanale del carico si basa sulla osservazione della

sostanziale costanza del rapporto tra l’energia richiesta in ciascun giorno della settimana ed un giorno di riferimento della settimana stessa, generalmente il mercoledì, indipendentemente dalla stagione.

fattori giornalieri

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

lun mar mer gio ven sab dom

Modello settimanaleModello settimanale– Attribuendo ai diversi giorni della settimana il relativo peso è

possibile calcolare il numero di giorni lavorativi equivalenti nl,j di ciascun mese ed il numero medio mensile di giorni lavorativi equivalenti nl:

– E’ poi possibile calcolare il consumo mensile per giorno lavorativo equivalente Wl,j

12

12

1,

jjl

l

n

n

jl

jmjl n

WW

,

,,

Modello settimanaleModello settimanale– Moltiplicando Wl,j per nl si ottiene il consumo mensile

decalendarizzato

– Coefficiente di decalendarizzazione è il rapporto

jl

ljmljllm n

nWnWW

,,,,'

l

jljl n

nh ,

,

Modello mensileModello mensile– Il modello mensile del carico si basa sulla osservazione della

sostanziale costanza negli anni del rapporto tra il consumo mensile per giorno lavorativo equivalente Wl,j e la rispettiva media mobile in ciascun mese dell’anno: fattori di stagionalità Sj.

fattori di stagionalità

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic

Modello mensileModello mensile– Consumo mensile per giorno lavorativo equivalente Wl,j e media

mobile associata in ciascun mese dell’anno.

media mobile

0,7

0,8

0,9

1

1,1

1,2

gen feb mar apr mag giu lug ago set ott nov dic

Modello mensileModello mensile– Dividendo il consumo mensile decalendarizzato W’m,j per Sj si

ottiene il consumo mensile decalendarizzato e destagionalizzato

– Da cui si possono stimare trend e componenti cicliche

jlj

jm

j

jmTjm kS

W

S

WW

,

,,,,

'

Carico: andamento Carico: andamento giornalierogiornaliero- La richiesta di potenza nel giorno è del tipo

(18/06/02: Italia-Corea)

Diagrammi orari 3° mercoledì - Diagrammi orari 3° mercoledì - 20032003

Diagrammi orari 3° mercoledì - Diagrammi orari 3° mercoledì - 20032003

Diagrammi orari 3° mercoledì - Diagrammi orari 3° mercoledì - 20032003

Diagrammi orari 3° mercoledì - Diagrammi orari 3° mercoledì - 20032003

Carico: andamento Carico: andamento stagionalestagionale- La richiesta di potenza durante l’anno è del tipo (2001):

Parametri del caricoParametri del carico– PM = valore massimo di potenza

– Valore medio della potenza

– Fattore di carico fc

T

T

WdttP

TP

0)(

1

MMc PT

W

P

Pf

– Ore di utilizzazione hu

Mu P

Wh TPhPW uM

Parametri del caricoParametri del carico– Se si assumono come grandezze base la PM e il periodo T si

ottiene che il valore base dell’energia W è Wb = PM T; si ottengono quindi le seguenti relazioni in p.u.

**

**

**

**

*

*

**

111

WPP

P

ff

WP

Wh

WPP

Pf

WT

WP

M

cp

Mu

Mc

Struttura di un sistema Struttura di un sistema elettrico per l’energiaelettrico per l’energia

Caratteristiche peculiari:

- grande estensione;

- stretta integrazione;

- impossibilità di accumulo di energia elettrica in forma diretta.

Conseguenze (valide a livello europeo):

- elevato coordinamento tra produzione e carico;

- necessità di una gestione coordinata.

Specifiche di baseSpecifiche di base

- Sistema trifase

- Tensione costante (valore efficace) 

- Frequenza costante (rete sincrona a 50 Hz) ed uguale in tutta l’Europa Occidentale

Caratteristiche particolariCaratteristiche particolari

- Distanza tra centri di produzione e centri di carico,

- Necessità di trasportare potenza attiva.

- Necessità di trasportare potenza reattiva(1).

- Impossibilità di trasferire potenza lungo un percorso assegnato.

Vettore di Poynting

Funzioni di un sistema Funzioni di un sistema elettricoelettrico

- Produzione

- Trasmissione

- Distribuzione

Trasmissione e Trasmissione e subtrasmissionesubtrasmissione- Caratteristiche delle reti di trasmissione:

- Tensione 380 e 220 kV

- Stazioni di trasformazione 380-220/150-132 kV

- Struttura magliata

- Raggio d’azione inter-regionale o regionale

- Caratteristiche delle reti di subtrasmissione:

- Tensione 132 e 150 kV

- Stazioni di trasformazione 150-132/10-15-20 kV

- Struttura magliata

- Raggio d’azione provinciale (1 MW/km2) o comunale (10 MW/km2)

DistribuzioneDistribuzione- Caratteristiche delle reti di distribuzione in MT:

- Tensione 10, 15 e 20 kV

- Stazioni di trasformazione AT/MT 150-132/10-15-20 kV

- Struttura radiale

- Raggio d’azione da 1 a 30 km

- Caratteristiche delle reti di distribuzione in BT:

- Tensione 380 V

- Cabine di trasformazione MT/BT 10-15-20/0.380 kV

- Struttura radiale

- Raggio d’azione da 0.1 a 1 km