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Black-Out cause e mezzi per prevenirli - Carlo Alberto Nucci -
Le recenti interruzioni del servizio elettrico, verificatesi in Italia nello scorso mese di giugno, sono state presentate dal GESTORE DELLA RETE DI TRASMISSIONE Nazionale (GRTN) come il risultato dell’applicazione del cosiddetto Piano di Emergenza per la Sicurezza del Sistema Elettrico; per gli utenti interessati si è trattato, di fatto, di un black-out.
Il black-out di un’ampia parte del sistema elettrico che si è poi verificato nel mese di luglio in Nord America, estremamente più grave – non solo come estenestensione ma anche come tipologia – non è invece dovuto all’applicazione di un piano di emergenza, ma è il risultato di un vero e proprio collasso progressivo del sistema.
A questi due eventi recenti possono esserne affiancati altri, non lontani nel tempo, ai quali sia i media sia la letteratura specializzata hanno dato ampio risalto; si pensi ad esempio alle frequenti interruzioni del servizio elettrico in California nell’estate del 2000.
Ma mentre la crisi californiana portò a focalizzare l’attenzione principalmente sui difetti della regolamentazione di quel mercato concorrenziale (Woo 2001, Mensah- Bonsu e Oren 2002, Wolak 2003), i due eventi summenzionati hanno riproposto il problema della «robustezza» del sistema elettrico, e della necessità di una più accurata comprensione del suo funzionamento in condizioni critiche, al fine di meglio individuare i più adeguati criteri di pianificazione, gestione e controllo, tenendo conto delle nuove esigenze imposte dalla liberalizzazione del mercato.
In effetti, i sistemi elettrici dei Paesi industrializzati sono stati soggetti negli ultimi anni a profondi cambiamenti gestionali – in alcuni casi non accompagnati da adeguati aggiornamenti degli impianti – dovuti al processo di liberalizzazione del mercato dell’energia elettrica e alla conseguente introduzione di meccanismi di concorrenza.
Quanto questi cambiamenti influiscano sullo stato operativo delle reti è intuibile se si ricorda come si sono evoluti i sistemi elettrici.
Originariamente i sistemi elettrici nelle varie regioni furono progettati in maniera da poter fare fronte autonomamente alle richieste degli utenti connessi alla loro rete.
Ogni sistema era quindi in grado di soddisfare alla domanda, con adeguati margini di riserva, mediante un’attività di pianificazione complessiva del sistema svolta sulla base delle previsioni d’aumento della richiesta del servizio negli anni seguenti.
Tale attività di pianificazione riguardava sia il tipo, la taglia e la localizzazione degli impianti di produzione sia lo sviluppo della rete, progettata in maniera tale da poter trasmettere l’energia prodotta ai carichi nel modo più affidabile e con le minori perdite.
Successivamente, furono stabiliti collegamenti fra i sistemi delle diverse aree per consentire a ciascun sistema, durante le condizioni di emergenza, di poter sfruttare le RISERVE a disposizione negli altri, pur preservando l’autonomia della gestione.
Si sono così progressivamente realizzati i moderni sistemi interconnessi. Il sistema elettrico italiano, ad esempio, fa oggi parte del più vasto sistema europeo UCTE (1).
Il compito della regolazione della FREQUENZA – associato al mantenimento dell’equilibrio tra produzione e consumo – viene pertanto suddiviso fra tutti i generatori del sistem
a complessivo, riducendo l’impegno in ogni area, con particolare riferimento al livello necessario di riserva di potenza (2).
Se il processo di generazione tende ad essere meno costoso in un’area rispetto ad un’altra, tali interconnessioni sono inoltre impiegate per scambi regolati da contratti a lungo termine.
Va osservato che alla base del successo delle interconnessioni vi è l’accordo, da parte di tutti i gestori, di utilizzare sistemi di controllo e protezione compatibili, la volontà di aiutare gli altri sistemi in condizioni d’emergenza, nonché il comune accordo sul piano delle manutenzioni.
In tempi più recenti, esigenze di tutela ambientale e problemi autorizzativi hanno fatto sì che vi siano delle aree con un eccesso di capacità produttiva, altre con un eccesso di domanda ed altre ancora in cui sono maggiormente concentrate le linee di TRASMISSIONE.
Le linee d’interconnessione sono quindi diventate, di fatto, collegamenti interni al sistema, divenendone parti indispensabili per il funzionamento, non solo in condizioni particolari o di emergenza comeinvece inizialmente previsto.
E le recenti riorganizzazioni e liberalizzazioni hanno incrementato ed accelerato tale processo. In linea di principio, e salvo alcune verifiche, possono essere connessi impianti di generazione in qualsiasi nodo della rete a disposizione, non necessariamente nei nodi dai quali l’energia prodotta può nessere trasmessa ai carichi attraverso percorsi appositamente pianificati.
Problemi di congestione in alcune sezioni della rete, rari in passato, sono oggi divenuti molto comuni, rendendo il sistema più critico e più complesso da gestire.
A tale proposito, studi recenti, condotti sul sistema elettrico nordamericano, sembrano mostrare che, per tale sistema, la probabilità che si verifichino black-out di grandi proporzioni sia maggiore oggi rispetto a quanto stimato in passato.
Si tornerà in seguito su tale questione.
Peraltro, lo scenario non è il medesimo medesimo per tutti i sistemi: alcuni, sia per la struttura della rete, sia per i componenti e le tecnologie impiegate, nonché per le RISERVE di potenza a disposizione,sono meno soggetti al rischio di collasso.
Da quanto sin qui esposto risulta chiara l’importanza di una corretta pianificazione per lo sviluppo dei sistemi elettrici – con riferimento sia agli impianti di produzione sia alla rete di TRASMISSIONE – nonché della adozione di opportuni piani di difesa contro il fenomeno del black-out.
Questo articolo si propone di fornire una panoramica sulle cause, di diversa natura, dei black-out, e sui mezzi di prevenzione generalmente adottati o in fase di sviluppo, anche con riferimento alla recente riorganizzazione del mercato dell’energia elettrica.
(1) L’UCTE (Union for the Co-ordination of Transmission of Electricity) è l’associazione dei gestori delle reti di TRASMISSIONE di gran parte dell’Europa continentale, le cui reti costituiscono uno dei maggiori sistemi elettrici interconnessi, funzionanti in sincronismo, con oltre 450 milioni di utenti e con un consumo annuale pari a circa 2.300 TWh. Il funzionamento in sincronismo comporta che tutte le reti funzioninosempre alla stessa FREQUENZA e che si aiutino mutuamente, per mantenere l’equilibrio fra produzione e domanda, nel caso di eventi che ne perturbino le condizioni operative. Tale risultato è conseguito mediante un sistema di controllo decentralizzato presso i gestori delle singole reti e gerarchico all’interno di ogni rete, con tre centri di coordinamento – presso Brauweiler, Laufenburg e Belgrado (UCTE 2) – che tengono conto delle differenze fra i valori previsti e quelli effettivi dei flussi di potenza scambiata fra le reti. Informazioni più dettagliate sono reperibili nel sito http://www.ucte.org.
(2) La riserva di potenza è necessaria affinché la perdita di una o più unità di generazione non dia origine ad una diminuzione della FREQUENZA del sistema tecnicamente inaccettabile.