Cosa è la rete elettrica

Definizione

Una rete elettrica, anche nota come griglia di potenza, è definita come una rete complessiva che integra unità di generazione, trasmissione e distribuzione di energia. La sua funzione principale è facilitare il trasferimento di energia elettrica dalle fonti di generazione di energia agli utenti finali. Una quantità sostanziale di elettricità viene trasmessa dalle centrali elettriche ai centri di carico a tensioni di 220kV o superiori. La rete composta da queste linee di trasmissione ad alta tensione è chiamata supergriglia. A sua volta, la supergriglia fornisce energia alla rete di sottotrasmissione, che solitamente opera a 132kV o tensioni inferiori.

Tipi di reti elettriche

Le centrali elettriche all'interno di una rete elettrica sono spesso situate vicino alle fonti di combustibile per ridurre i costi di trasporto del sistema. Tuttavia, ciò significa solitamente che si trovano lontane dalle aree densamente popolate. L'elettricità ad alta tensione generata in queste centrali viene abbassata utilizzando trasformatori di riduzione nelle sottostazioni prima di essere distribuita ai consumatori. Le reti elettriche possono essere principalmente categorizzate in due tipi:

Rete regionale

Una rete regionale è stabilita collegando vari sistemi di trasmissione all'interno di un'area geografica specifica tramite linee di trasmissione. Questo tipo di rete serve a ottimizzare la distribuzione e la gestione dell'energia a livello locale o regionale, assicurando che le esigenze di energia dell'area siano soddisfatte in modo efficiente.

Rete nazionale

La rete nazionale è formata interconnettendo più reti regionali. Fornisce una rete di distribuzione di energia unificata ed estesa in tutta la nazione, consentendo il trasferimento senza soluzione di continuità di elettricità tra diverse regioni. Questo sistema interconnesso aiuta a bilanciare l'offerta e la domanda di energia nel paese, migliorando la stabilità e l'affidabilità complessive della rete.

Motivi per l'interconnessione delle reti

L'interconnessione delle reti elettriche offre diversi vantaggi significativi. Permette l'ottimale utilizzo delle risorse energetiche, assicurando che l'energia sia distribuita in modo efficiente in diverse aree. Questa interconnessione migliora anche la sicurezza dell'approvvigionamento di energia, poiché i guasti in una parte della rete possono essere compensati dall'energia proveniente da altre regioni interconnesse.

Inoltre, l'interconnessione delle reti contribuisce all'efficienza economica e all'affidabilità del sistema di potenza complessivo. Collegando le centrali elettriche, diventa possibile ridurre la capacità di generazione di riserva richiesta in ogni singola area. Questo approccio di risorse condivise non solo risparmia i costi associati al mantenimento di eccessivi backup di potenza, ma migliora anche la resilienza e le prestazioni complessive della rete elettrica.

Quando c'è un'improvvisa impennata di carico o una perdita di generazione di potenza in una zona specifica della rete elettrica, quella zona può attingere energia da aree interconnesse adiacenti. Tuttavia, per garantire interconnessioni affidabili, è essenziale una certa quantità di capacità di generazione, nota come riserva rotante. La riserva rotante comprende generatori che operano a velocità normale e sono pronti a fornire energia immediatamente quando necessario.

Tipi di interconnessioni

Le interconnessioni tra reti elettriche possono essere principalmente categorizzate in due tipi: il collegamento HVAC (corrente alternata ad alta tensione) e il collegamento HVDC (corrente continua ad alta tensione).

Interconnessione HVAC (corrente alternata ad alta tensione)

In un collegamento HVAC, due sistemi di corrente alternata (CA) sono collegati tramite una linea di trasmissione CA. Per un'interconnessione riuscita dei sistemi CA, è cruciale mantenere una frequenza strettamente controllata su entrambi i sistemi. Ad esempio, in un sistema a 50Hz, l'intervallo di frequenza accettabile si trova generalmente tra 48,5 Hz e 51,5 Hz. Questo tipo di interconnessione è noto come interconnessione sincrona o legame sincrono, in quanto crea un collegamento rigido tra i due sistemi CA.

Nonostante il suo uso diffuso, l'interconnessione CA presenta diverse limitazioni, e l'interconnessione dei sistemi CA spesso affronta le seguenti sfide:

• Propagazione di disturbi di frequenza: poiché l'interconnessione di due reti CA è sincrona, qualsiasi fluttuazione di frequenza in un sistema viene rapidamente trasmessa all'altro. Ciò può portare a instabilità nella rete interconnessa.

• Impatto degli oscillamenti di potenza: gli oscillamenti di potenza in un sistema CA possono influenzare significativamente l'altro. Gli oscillamenti su larga scala possono scatenare il trip ripetuto dei dispositivi di protezione, potenzialmente causando guasti importanti nel sistema. In casi gravi, tali guasti possono portare al collasso completo della rete CA interconnessa.

• Aumento dei livelli di guasto: collegare un sistema CA esistente a un altro tramite una linea di collegamento CA può aumentare il livello di guasto. Questo avviene perché la linea parallela aggiuntiva riduce la reattività equivalente del sistema interconnesso. Tuttavia, se entrambi i sistemi CA sono collegati alla stessa linea di guasto, il livello di guasto di ciascun sistema rimane invariato.

Interconnessione HVDC (corrente continua ad alta tensione)

Un collegamento DC, o legame DC, offre un accoppiamento più flessibile tra i due sistemi CA collegati. A differenza delle interconnessioni HVAC, i legami DC sono asincroni. L'approccio di interconnessione HVDC presenta diversi vantaggi notevoli:

• Indipendenza di frequenza: la natura asincrona del sistema di interconnessione DC consente la connessione di reti CA che operano alla stessa o a diverse frequenze. Questa caratteristica unica permette l'integrazione fluida di diversi sistemi CA, consentendo a ciascuno di mantenere i propri standard di frequenza e di operare indipendentemente.

• Controllo preciso del flusso di potenza: i collegamenti HVDC possono controllare rapidamente e in modo affidabile la magnitudine e la direzione del flusso di potenza regolando l'angolo di commutazione dei convertitori. Questo meccanismo di controllo preciso migliora significativamente il limite di stabilità transitoria del sistema interconnesso, assicurando una trasmissione di potenza più affidabile.

• Smorzamento degli oscillamenti di potenza: modulando il flusso di potenza attraverso il legame DC, le interconnessioni HVDC possono smorzare rapidamente gli oscillamenti di potenza nelle reti CA interconnesse. Questo migliora in modo efficace la stabilità complessiva della rete elettrica, riducendo il rischio di guasti a cascata e migliorando la resilienza del sistema.

Nel mondo moderno, le reti elettriche tradizionali stanno sempre più venendo sostituite da reti intelligenti. Sfruttando contatori intelligenti e apparecchiature intelligenti, le reti intelligenti offrono un'efficienza operativa migliorata, una migliore gestione del lato domanda e un'ottimizzazione complessiva delle prestazioni rispetto ai loro equivalenti convenzionali.