Con la svolta energetica, il sistema energetico sta cambiando dalle fondamenta e questo porta con sé diverse sfide per tutti gli stakeholder del settore energetico. Una di queste sfide è la stabilità di tensione. Con l'eliminazione delle grandi centrali elettriche convenzionali, in futuro il mantenimento della tensione sarà più impegnativo e la gestione del sistema sarà ardua. In futuro, nuovi strumenti di supporto decisionale potrebbero aiutare nella valutazione della stabilità di tensione mostrando le opzioni di intervento. Katharina Kaiser ha affrontato questo tema nella sua tesi di Master all'ETH di Zurigo, accompagnata da Swissgrid. Il suo lavoro è il primo passo per lo sviluppo di tali strumenti. Nell'intervista, ci racconta qual è stato esattamente l'oggetto della sua analisi e quali sviluppi potrebbero derivare dai suoi risultati.
Di cosa tratta esattamente la sua tesi di Master?
Katharina Kaiser: Nella mia tesi di master, ho lavorato su un metodo che permette di determinare un limite di tensione inferiore robusto. Per robusto, intendo valido per una varietà di condizioni di gestione diverse. Abbiamo osservato la rete da un punto di vista puramente statico. Questo significa che consideriamo i singoli punti di funzionamento e non i cambiamenti dinamici. Prima di tutto, si è dovuto definire qual è il punto di funzionamento decisivo per determinare il limite di tensione inferiore. E poi, naturalmente, si trattava di come trovare esattamente quel punto. La stabilità di tensione è spesso illustrata con l'aiuto delle cosiddette «nose curves» per un sistema semplice con un generatore, una linea e un carico. In questo caso, la tensione critica può essere facilmente determinata come la tensione alla massima potenza attiva trasmissibile. Per una rete reale, tuttavia, questo è molto più complesso. Anche qui è possibile determinare un valore di tensione critico per uno specifico scenario di carico. Tuttavia, esistono molte combinazioni di quanta potenza attiva e reattiva viene immessa o prelevata dalla rete in un certo punto. Sono troppe per analizzarle singolarmente. Pertanto, abbiamo sviluppato un algoritmo iterativo che può essere utilizzato per trovare il punto di funzionamento decisivo.
Le sfide in il settore di reti elettriche sono molte, sia ora che in futuro, soprattutto per quanto riguarda la svolta energetica.
Katharina Kaiser
Perché il limite di tensione inferiore è importante per l’esercizio della rete?
L'instabilità della tensione può portare a guasti su larga scala e quindi mettere in pericolo la sicurezza dell’approvvigionamento elettrico. I limiti sono quindi necessari per la pianificazione e per monitorare la rete in tempo reale al fine di garantire che la rete rimanga stabile. Il limite di tensione superiore è determinato in modo che i componenti possano sopportare la tensione e non siano danneggiati. La soglia inferiore, invece, deve garantire che la rete non raggiunga il proprio limite in termini di potenza massima trasmissibile. La crescente domanda di energia elettrica e i cambiamenti nella struttura della produzione di energia sono solo due degli sviluppi attuali che comportano cambiamenti per l’esercizio della rete e il mantenimento della tensione. La stabilità della rete deve essere garantita anche per i futuri modelli di produzione, transito e consumo. Pertanto, è importante che il limite di tensione inferiore copra la variazione dei possibili punti di funzionamento.
Quali ulteriori sviluppi potrebbero avere i risultati della sua tesi di Master, e in ogni caso sono già in atto?
Nel mio lavoro, l'attenzione si è concentrata molto sulla metodologia. Dopo aver definito il punto di funzionamento che stavamo cercando, il passo successivo è stato quello di sviluppare l'algoritmo e dimostrare che funziona. Dato il tempo limitato a disposizione, abbiamo dovuto fare delle ipotesi in proposito per semplificare il problema e l'implementazione. Ad esempio, abbiamo presunto che non ci siano perdite di potenza attiva nella rete. I valori di tensione che ho determinato nel mio lavoro sono validi solo per le ipotesi fatte. Per ottenere un valore significativo per il limite di tensione inferiore, le funzioni mancanti devono essere integrate e le supposizioni per certi parametri devono essere controllate, per esempio usando dati storici.
I limiti di tensione sono necessari per la pianificazione e per monitorare la rete in tempo reale al fine di garantire che la rete rimanga stabile.
Katharina Kaiser
L’elettrotecnica è un campo molto ampio, cosa ha fatto scattare il suo interesse per questa materia?
La mia tematica doveva avere qualcosa a che fare con le reti elettriche. Le sfide in questo settore sono molte, sia ora che in futuro, soprattutto per quanto riguarda la svolta energetica. Si tratta di una problematica che vorrei contribuire ad affrontare ed è per questo che ho deciso di concentrarmi su di essa nella tesi di master. Il tema del mantenimento della tensione è emerso in modo spontaneo, senza che io l'abbia cercato esplicitamente. Qui ho visto il potenziale per poter applicare bene ciò che avevo imparato nelle lezioni e per approfondire la teoria. Il fatto che per il lavoro mi sia stata offerta la collaborazione di Swissgrid è stato un altro aspetto positivo per me. Qui ho visto l'opportunità di acquisire conoscenze sull'azienda e creare contatti lungo il percorso.
Come è avvenuto il contatto con Swissgrid?
È stato abbastanza semplice. Avevo dato un'occhiata al Power Systems Laboratory dell'ETH alla ricerca di possibili argomenti per la tesi. Johanna Vorwerk, che in seguito mi ha anche sostenuto e fatto da mentore all'ETH, ha preso contatto con Swissgrid. Dopo un breve incontro con le persone coinvolte in Swissgrid e uno scambio sul background e sugli obiettivi del lavoro, era chiaro che questo sarebbe stato il mio argomento.
Come ha vissuto la cooperazione con Swissgrid?
In modo molto positivo! Devo ammettere che avevo immaginato che la cultura imprenditoriale fosse piuttosto conservatrice. Per questo mi ha fatto tanto più piacere essere sorpresa del contrario. I colleghi erano molto aperti, sono stata integrata negli eventi del team e di derivazione e mi è sempre piaciuto frequentare la sede di Aarau. Per quanto riguarda la supervisione della mia tesi di master, penso di potermi considerare anche molto fortunata. Marc Hohmann, Stavros Karagiannopoulos e Fabian Streiff, ben tre colleghi, mi hanno dedicato regolarmente del tempo per discutere le possibili soluzioni e fornirmi un feedback. In questo modo ho imparato molto. Colgo l'occasione per ringraziare ancora per l'opportunità di scrivere la mia tesi di master presso Swissgrid.
Autrice
