Resilienza della rete elettrica : analisi del fenomeno ondate di calore su una rete di distribuzione di media tensione

In recent years, the Italian power sector has radically changed. National and European decarbonization targets, increase of energy efficiency and promotion of renewable power sources are the principal factors of the power sector rapid evolution, which needs to count on a reliable infrastructure able to supply with security and flexibility the increasing energy demand. Due to climate changes, the power system is subjected to more frequent meteorological extreme events which can damage the grid components leading to heavy out-of-service on wide areas. Minimizing the impacts of these events and rapidly recover the energy supply are essentials to ensure the power system continuity of service and new approaches are required to improve the grid to be more resistant, safe and resilient. In this thesis, a methodology for the evaluation of the distribution electricity network resilience against interruption caused by the combination during summer months of high ambient temperature, drought and lines overload, principally due to the increasing of air-conditioning for residential uses, is proposed. These factors can lead to a dangerous overheating of the conductors, particularly for the underground ones, as occurs in metropolitan areas. The approach proposed is applied to the MV and LV distribution grid managed by the DSO Unareti (A2A Group) primary power station “Vigentina” of Milan. The analysis is based on the costumers’ energy consumption data during 2015 and 2016. The framework provides an analysis of the overall behavior of the grid’s lines for a standard operating status and allows to evaluate the adequacy of different portion of the grid through the simulation of two faults. Moreover, the thesis aims to propose a general model for the evaluation of cables accelerated thermal aging and relative unreliability for a generic grid, in order to improve the maintenance and intervention planning processes.

In questi ultimi anni si sta assistendo ad un radicale cambiamento nel settore elettrico del nostro Paese. Gli obiettivi europei e nazionali di decarbonizzazione, l’incremento dell’efficienza energetica e la promozione delle fonti rinnovabili rappresentano i principali fattori alla base della rapida evoluzione del settore, che deve poter contare su un’infrastruttura elettrica affidabile in grado di soddisfare in sicurezza e flessibilità la crescente domanda di energia. A causa dei cambiamenti climatici, il sistema elettrico è però sempre più soggetto ad eventi estremi che possono determinare il fuori servizio di uno o più componenti su vaste aree della rete. In anni recenti, l’intensificarsi di eventi metereologici, dai più comuni ai più estremi, hanno provocato significativi danni all’infrastruttura elettrica con conseguenti disalimentazioni per le utenze per lunghi periodi. In una società come quella moderna, dove con l’evoluzione delle abitudini degli utenti e la crescente dipendenza dall’energia elettrica diventa essenziale poter disporre di un sistema elettrico affidabile che garantisca un’elevata continuità di funzionamento, minimizzare gli impatti di questi eventi eccezionali e recuperare rapidamente il servizio è fondamentale e richiede nuovi approcci per rendere la rete sempre più sicura e resiliente. La possibile concomitanza di siccità ed elevate temperatura è lo scenario che il settore elettrico potrebbe trovarsi ad affrontare con crescente frequenza nelle estati future, in particolare nell’area mediterranea. Nel presente lavoro di tesi viene presentata una metodologia per la valutazione della resilienza delle reti elettriche di distribuzione alle interruzioni causate dal fenomeno denominato “ondata di calore”, dato dalla combinazione durante i mesi estivi di elevata temperatura ambiente, siccità e sovraccarico delle linee, dovuto soprattutto al massivo utilizzo di condizionatori in ambito domestico, che provoca un pericoloso surriscaldamento dei conduttori interrati in particolare nei centri urbani ad elevata densità abitativa. L’approccio proposto è applicato al caso reale della rete MT che si dirama dalla cabina primaria “Vigentina” di Milano, gestita dall’azienda di distribuzione elettrica Unareti del Gruppo A2A. Dopo aver costruito il modello energetico sulla base del fabbisogno degli utenti negli anni 2015 e 2016, si realizza un modello di scambio termico che permette di calcolare la temperatura di esercizio dei conduttori della rete. Applicando un modello di invecchiamento termico, attraverso il calcolo del tasso di deterioramento subito dall’isolante, è possibile valutare la riduzione di vita utile del componente che grazie ad un modello probabilistico, si traduce in termini di probabilità di guasto. L’analisi è condotta primariamente sulla rete in assetto standard (rete “sana”), al fine di studiare il comportamento complessivo delle linee; quindi vengono presentate due simulazioni di guasto, valutando l’adeguatezza delle diverse porzioni di rete interessate in un’ottica di doppio guasto. Oltre all’analisi specifica sulla “rete Vigentina”, la tesi intende proporre più in generale un modello per la valutazione dell’invecchiamento precoce e relativa probabilità di guasto dei cavi di una rete generica per migliorare il processo di gestione, manutenzione e di pianificazione degli interventi.