Pianificare le reti ad alta tensione in corrente continua per garantire un futuro a zero emissioni di carbonio
La transizione dell’Europa dai combustibili fossili alle fonti di energia rinnovabili è destinata ad apportare notevoli cambiamenti nelle reti di trasmissione energetica. Il progetto HVDC-WISE(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, sta lavorando allo sviluppo di configurazioni di rete ad alta tensione in corrente continua (HVDC, high-voltage direct current) affidabili e resilienti, che possano contribuire ad accelerare l’integrazione delle energie rinnovabili in tutto il continente e a gettare le basi per il sistema di trasmissione europeo integrato del futuro. Comunemente utilizzati per la trasmissione di energia a lunga distanza, i sistemi di rete HVDC costituiscono fattori chiave per realizzare un sistema energetico a zero emissioni: essi richiedono meno conduttori e perdono una minore quantità di energia rispetto alle linee equivalenti a corrente alternata (CA), trasferendo di conseguenza l’energia in modo più efficiente su lunghe distanze, e sono inoltre in grado di fornire energia rinnovabile ad alcuni settori di difficile elettrificazione. Queste e altre proprietà ne fanno la migliore tecnologia per la gestione della transizione energetica dell’Europa.
Incrementare l’efficienza e la precisione
Uno dei progressi raggiunti da HVDC-WISE in relazione alla modellizzazione delle apparecchiature HVDC è l’adozione dell’interfaccia modello funzionale (FMI, functional mock-up interface), uno standard aperto per lo scambio di modelli di simulazione dinamica tra diversi strumenti in un formato standardizzato. In un mondo caratterizzato da sistemi energetici sempre più complessi, i modelli matematici e gli strumenti di simulazione devono fare i conti con alcune limitazioni: sono spesso applicabili solo a sottosistemi specifici all’interno di reti interconnesse, sono solitamente incompatibili con altri strumenti e devono affrontare restrizioni a livello di proprietà intellettuale, tutti fattori che ostacolano la ricerca e i progressi in ambito di elettronica di potenza e sistemi di trasmissione. L’adozione dell’FMI da parte di HVDC-WISE contribuisce a risolvere questi problemi semplificando il processo di scambio dei modelli e migliorando l’efficienza e l’accuratezza delle simulazioni del sistema elettrico. Florent Morel, ingegnere elettrico attivo presso l’impresa francese SuperGrid Institute, l’azienda che ha coordinato il progetto, scrive in un articolo pubblicato su «EE Times Europe»(si apre in una nuova finestra): «Supportato da oltre 200 strumenti, tra cui leader del settore quali dSPACE, MATLAB/Simulink, DIgSILENT PowerFactory e OpenModelica, l’FMI consente un’interoperabilità senza soluzione di continuità proteggendo al contempo le conoscenze proprietarie. Il suo approccio a scatola nera permette di condividere i modelli senza esporre dettagli sensibili, risolvendo i conflitti tra sicurezza della proprietà intellettuale e innovazione collaborativa. Standardizzando lo scambio di modelli, l’FMI elimina gli sforzi di sviluppo ridondanti e colma le lacune di compatibilità tra gli strumenti (ad esempio fra MATLAB/Simulink e DIgSILENT PowerFactory), il che consente di accelerare gli studi basati sulla simulazione e permette agli ingegneri di integrare modelli convalidati da piattaforme diverse in sistemi coesivi, anche quando si tratta di reti elettriche eterogenee e di grandi dimensioni.»
Sfruttare i fasori dinamici
Un altro approccio innovativo di HVDC-WISE è l’utilizzo di fasori dinamici al fine di modellare in maniera più accurata ed efficiente le interazioni tra le parti in CA e CC della rete. Le tradizionali simulazioni di radice quadratica media (RMS, root mean square) e di transitori elettromagnetici (EMT, electromagnetic transient) presentano alcune limitazioni in relazione alla modellizzazione di convertitori elettronici di potenza come quelli utilizzati nelle reti HVDC: mentre le simulazioni RMS sono spesso troppo semplificate, quelle EMT richiedono passaggi temporali molto brevi e sono caratterizzate da un’intensità computazionale troppo elevata. «La modellizzazione dinamica dei fasori offre una via di mezzo tra tali soluzioni», afferma Morel, che continua: «In primo luogo, l’allungamento dei passaggi temporali nel dominio della modellizzazione dinamica dei fasori esercita un effetto minore sull’accuratezza della simulazione rispetto alle simulazioni EMT… In secondo luogo, la modellizzazione dinamica dei fasori rappresenta le dinamiche della rete elettrica che non sono disponibili nelle simulazioni RMS.» I nuovi approcci adottati dal progetto HVDC-WISE (HVDC-based grid architectures for reliable and resilient WIdeSprEad hybrid AC/DC transmission systems) alla modellizzazione e alle simulazioni sono descritti nel rapporto intitolato «Technology modelling»(si apre in una nuova finestra). I progressi compiuti nelle architetture di rete HVDC contribuiranno a favorire la transizione dell’Europa verso l’energia sostenibile. Per maggiori informazioni, consultare: sito web del progetto HVDC-WISE(si apre in una nuova finestra)
