dipartimento di energetica - polito iefe - milano 13 marzo 2009 1 evasio lavagno dipartimento di...

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13 marzo 2009 1 Dipartimento di Energetica Dipartimento di Energetica - POLITO - POLITO IEFE - Milano IEFE - Milano Evasio Lavagno Dipartimento di Energetica, Politecnico di Torino Corso Duca degli Abruzzi 24, 10129 Torino, Italia Seminario su Modelli bottom-up per la pianificazione energetica: le applicazioni di TIMES a scenari europei ed italiani Milano, 13 marzo 2009

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Page 1: Dipartimento di Energetica - POLITO IEFE - Milano 13 marzo 2009 1 Evasio Lavagno Dipartimento di Energetica, Politecnico di Torino Corso Duca degli Abruzzi

13 marzo 2009 1Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

Evasio LavagnoDipartimento di Energetica, Politecnico di TorinoCorso Duca degli Abruzzi 24, 10129 Torino, Italia

Seminario suModelli bottom-up per la pianificazione energetica: le applicazioni di TIMES a scenari europei ed italiani

Milano, 13 marzo 2009

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13 marzo 2009 2Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

Contenuti della presentazione:

Modelli top-down e modelli bottom-up

Metodologia e strumenti della famiglia di modelli MARKAL- TIMES

(IEA-ETSAP)

Applicazioni di TIMES in ambito UEin ambito extra-UEin ambito Italiano

Conclusioni (problemi aperti)

Modelli bottom-up per la pianificazione energetica: le applicazioni di TIMES a scenari europei ed italiani

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13 marzo 2009 3Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

tipologie dei modelli energetici

Il ruolo che l’energia può svolgere in diversi scenari, sia di medio che di lungo periodo, può essere analizzato:

con modelli “economici”, nei quali, all’interno della classica formulazione delle equazioni che governano le variabili economiche, il settore energetico viene descritto in modo molto semplificato (modelli top down, ad equilibrio generale), con modelli “ingegneristici” (modelli bottom up, ad equilibrio parziale), nei quali si parte da una descrizione molto dettagliata delle componenti energetiche (commodities e tecnologie) nei vari settori economici, ma la domanda di servizi energetici è usualmente una variabile esogena, governata da driver macroeconomici.

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13 marzo 2009 4Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

Nei modelli di tipo bottom-up, il punto di partenza è la descrizione del sistema energetico di interesse (locale, nazionale, regionale o globale) avendo in mente gli obiettivi dello studio ed seguendo le “regole di grammatica e sintassi” specifiche della famiglia di strumenti di calcolo che si intendono utilizzare.

Il modello è prodotto dall’analista su indicazione del committente.

Gli strumenti di calcolo servono a tradurre in linguaggio matematico gli schemi logici del modello e le relazioni tra gli elementi che lo compongono e a risolvere il particolare problema che, di solito, consiste nel definire soluzioni di allocazione ottimale di risorse limitate (comunemente con le tecniche della Programmazione Lineare).

Modelli bottom-up per la pianificazione energetica: le applicazioni di TIMES a scenari europei ed italiani

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13 marzo 2009 5Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

il Sistema Energetico di Riferimento

Un Reference Energy System è un reticolo di tecnologie e commodities, che rappresenta il sistema energetico (e delle emissioni) di un paese, una provincia o una regione.

Una tecnologia è un processo che produce o consuma commodities

Una commodity può essere una forma energetica, una emissione, un materiale, o un servizio energetico. L

FO

HFO

Gasextraction

Coal extraction

Oil extraction

Oil Import

Gas firedPower plant

Coal firedPower plant

Oil firedPower plant

Oil refinery

GasPlant

PipelineOil

Furnace

ElectricHeater

GasFurnace

Gas in

gro

un

d

Coal in

gro

un

d

Oil in

gro

un

d

Imp

ort

ed

Oil

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rud

e

Dry

Gas

Coal

Wet

Gas

Cru

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il

LFO

HFO

Ele

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pace

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Gasextraction

Coal extraction

Oil extraction

Oil Import

Gas firedPower plant

Coal firedPower plant

Oil firedPower plant

Oil refinery

GasPlant

PipelineOil

Furnace

ElectricHeater

GasFurnace

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13 marzo 2009 6Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

il Reference Energy System

Industry, e.g.-Process steam-Motive power

Services, e.g.-Cooling-Lighting

Households, e.g.-Space heat-Refrigeration

Agriculture, e.g.-Water supply

Transport, e.g.-Person-km

Demand for Energy Service

Industry, e.g.-Steam boilers-Machinery

Services, e.g.-Air conditioners-Light bulbs

Households, e.g.-Space heaters-Refrigerators

Agriculture, e.g.-Irrigation pumps

Transport, e.g.-Gasoline Car-Fuel Cell Bus

End-UseTechnologies

ConversionTechnologies

Primary Energy Supply

Fuel processing Plants e.g.-Oil refineries-Hydrogen prod.-Ethanol prod.

Power plants e.g.-Conventional Fossil Fueled -Solar-Wind-Nuclear-CCGT-Fuel Cells-Combined Heat and Power- …….

Renewables e.g. -Biomass-Hydro

Mining e.g.-Crude oil-Natural gas-Coal

Imports e.g.-crude oil -oil products

Exports e.g.-oil products-coal

Stock changes

(Primary Energy) (Final Energy) (Useful Energy)

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13 marzo 2009 7Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

La costruzione del modello

Sulla base del RESsi procede alla classificazione delle categorie di domanda di uso finalesi identificano le tecnologie da analizzare con maggior dettaglio

Il modello costruito per il sistema energetico di riferimento prende in considerazione la domanda di energia primaria e secondaria disaggregata nei tradizionali macrosettori:

valuta le traiettorie evolutive del Sistema Energetico

nei diversi periodi presi in esamesulla base delle assunzioni relative alle variabili esogene che guidano la domanda di energia e alla disponibilità e ai costi delle risorse primarie

• industria• trasporti• residenziale

• terziario• agricoltura

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13 marzo 2009 8Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

La tecnologia rappresentata è una centrale termoelettrica alimentata a gas naturale.I parametri che permettono di rappresentarla sono di tipo tecnologico, economico ed ambientale.

Parametri tecnologici - la potenza installata (GW)- il rendimento- le modalità temporali di funzionamento- il fattore di disponibilità annuale- la vita tecnologica dell'impianto- il tipo di combustibile utilizzato- l’anno di costruzione

Parametri economici- il costo d‘investimento (€/GW);- i costi fissi di O&M (€/GW/a);- i costi variabili di O&M (€/GWh/a)- esternalità, tassazioni, sussidi, ….….

Parametri ambientali- coefficienti di emissione

La rappresentazione delle tecnologie

ElettricitàProdotta[GWh/a]

ELCP

GAS

Potenza Installata

CTE

Combustibile [PJ/a]

Emissioni

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13 marzo 2009 9Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

Modalità tipiche di proiezione della domanda

Storyline (BASE CASE) :Dinamica della popolazione,progresso tecnologico, etc.

Drivers: PIL, outputs settoriali,popolazione, parco edilizio

Domanda di usi finali

DEM = K*Driver)elasticity

GEM-E3

Elasticità: - saturazione sul lungo periodo minore elasticità dopo 2050

- convergenza tra PVS e paesi industrializzati verso il 2050

PIL: crescita annua media (2.4%)

PIL(2100) = 12*PIL(2000)

POP: crescita a 9 miliardi (2000-2100)

PopolazioneNumero di unità ediliziePIL regionaleFatturato dei settori industriali energy intensive Fatturato degli altri settori industrialiFatturato del settore serviziFatturato del’agriculturaPIL pro capite

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13 marzo 2009 10Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

Le curve di domanda e offerta

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13 marzo 2009 11Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

il modello matematico di ottimizzazione

il problema Primale e il problema duale

Max ctx Min bt y

s.t. Ax ≤ b Aty ≥ c

x ≥ 0 y ≥ 0, dove:

• x è il vettore delle variabili-decisione,

• ctx è una funzione lineare che rappresenta l’Obiettivo da massimizzare, e

• Ax ≤ b è il set di vincoli di disuguaglianza.

Ogni variabile duale yi può essere assegnata al proprio corrispondente vincolo primale.

Se il problema primale ha una soluzione finita ottimale x*, allora anche il problema duale l’avrà (y*); entrambi i problemi hanno la stesso valore della funzione Obiettivo.

I valori ottimali delle variabili duali sono anche chiamati prezzi-ombra (shadow prices) dei vincoli primali. Il vettore (x*,y*) rappresenta l’equilibrio.

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13 marzo 2009 12Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

La struttura di MARKAL - TIMES

Il modello è costituito da un insieme di data files (.xls, .mdb, etc).

I Generatori di Modelli (MARKAL and TIMES) sono codici che elaborano gli schemi predisposti dagli analisti e generano una matrice di coefficienti corrispondente alla rappresentazione matematica del modello.

Il linguaggio di programmazione usato per scrivere il codice è GAMS (General Algebraic Modelling System).

Un risolutore è un package integrato con GAMS, che risolve il programma matematico prodotto dal Generatore di Modelli.

Gli Scenari sono un insieme coordinato di inputs / outputs

Lo "shell" è una interfaccia utente che è in grado di gestire tutti gli aspetti legati alla gestione del modello.

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13 marzo 2009 13Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

Output routine

Dati numerici in formatoExcel - TEMPLATES

VEDA_FEShell Grafica

GAMS

TIMES

Preprocessor Interpolazione dati Valori di default Controllo di

consistenza

Equazioni Funzione obiettivo Equazioni che

definiscono lastruttura del sistemaenergetico

Vincoli dell’utente

SolutoreesternoCPLEX

Files di risultati

VEDA_BE

Shell Grafica + Excel

P _NG

AS

P_ HC

OO

I L

P_H

YDP _

SOLP _

WIND

P_G

EOT

P _RS

UP

_BI

OM

P_OI

L_P

Sem

_ F

F_E

LC

IMP

OR

TA Z

IO

NE

ES

TRA

ZIO

NE

S_G

A S

Fonti primarieCombustibili

secondari

Energy

carrier

Turbogas

Impianti a

vapore

Motori a

combustioneinterna

Ciclo

combinato

idroelettrico

Processi (tecnologie di

conversione)

Processi (dispositivi di

domanda)

Industriameccanica

Industria

tessile

Industria

metallurgica

Usi elettriciobbligati

Domanda

V.A.

RES

Informazioni sulla struttura

GIS•impianti•Linee•……….

La struttura di MARKAL - TIMES

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13 marzo 2009 14Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

le versioni di MARKAL - TIMES

In linea di principio ci sono 3 modi di lavorare con MARKAL-TIMES

1. Una versione “least cost” (standard), che valuta l’impatto delle politiche sui settori energetici, incluse le tecnologie di uso finale.

2. Una versione “partial equilibrium” (MARKAL-ED; MARKAL-MICRO), che include nella valutazione degli effetti sui livelli di consumo.

3. Una versione “general equilibrium” (MARKAL- o TIMES-MACRO), che valuta gli effetti sull’intera economia.

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13 marzo 2009 15Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

Il Programma di Analisi dei Sistemi Tecnologici dell’Energia …

… è un Agreement internazionale multilaterale, promosso e sponsorizzato dalla International Energy Agency.

La cooperazione ha avuto inizio dopo la prima crisi petrolifera, per valutare, attraverso l’analisi di sistema, se:

– le alternative al petrolio erano realizzabili dal punto di vista tecnico, economico e ambientale;

– le solutioni dovevano essere Globali o dipendenti da fattori nazionali;

– le politiche RD&D globali sull’energia erano praticabili e utili.

Dopo due anni di studio (1976-77), dal momento che gli strumenti disponibili all’epoca non erano in grado di fornire risposte, il gruppo iniziò a sviluppare un nuovo strumento, il generatore di modelli MARKAL.

l’Implementing Agreement IEA - ETSAP

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13 marzo 2009 16Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

l’IEA -Implementing Agreement ETSAP

Gli esperti ETSAP assistono i decision-makers nel formulare politiche volte ad affrontare i problemi associati a:

– i fabbisogni energetici,

– il progresso tecnologico,

– i danni ambientali, e

– lo sviluppo economico,

… sviluppando

– un programma co-operativo di analisi dei sistemi tecnologici dell’energia

– studi modellistici su possibili sviluppi.

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13 marzo 2009 17Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

gli Annexes di ETSAP

1978-80 Model development (BNL, KFA-Jülich)

1981-83 Energy Technology Systems Analysis Project

1984-86 Information Exchange Project

1987-89 International Forum on Energy Environment Studies

1990-92 Greenhouse Gases and National Energy Options:

Technologies & Costs for Reducing GHG Emissions

1993-95 Energy Options for Sustainable Development

1996-98 Dealing with Uncertainty Together

1999-02 Contributing to The Kyoto Protocol

2002-05 Exploring Energy Technology Perspectives

2003-05 Energy Models Users’ Group

2005-08 Global Energy Systems and Common Analyses

By the end of the Annex X there are more than 230 MARKAL-TIMES licensed institutions, of which nearly 180 are active in 69 countries.

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13 marzo 2009 18Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

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13 marzo 2009 19Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

Alcune recenti applicazioni di TIMES per la UE

In Europa:

NEEDS (New Energy Externalities for Developments in Sustainability)

Including the externalities to the direct costs of commodities and technologies.

RES2020 (Monitoring and Evaluation of the RES directives implementation in EU25 and policy recommendations)

Describing the renewable energy sources and their development potential and impacts with more detail.

REALISEGRID (REseArch, methodoLogIes and technologieS for the effective development of pan-European key GRID infrastructures to support the achievement of a reliable, competitive and sustainable electricity supply)

Analysing the reliability and the development needs of electricity and gas infrastructures in EU27+ and Western Balkans

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13 marzo 2009 20Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

Valutazione delle esternalità dei sistemi energetici

Externalities arise when the social or economic activities of a participant in the economy have negative or positive impacts on another participant and these impacts are not fully accounted for or compensated by the first participant.

External costs are externalities that are transformed into monetary values to allow a comparison between externalities and with private costs.

Externalities of all stages of the production process have to be considered, including construction, dismantling, fuel cycle.

Inserimento delle esternalità tra i costi “interni” delle tecnologie

descritte con ‘approccio TIMES

Realizzazione del Modello Europeo TIMES: pan-EU27+

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13 marzo 2009 21Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

Quali esternalità sono state considerate?

Environmental externalities: the release of a substance or energy (noise, radiation) into environmental media (air, indoor air, soil, water), that causes - after transport and transformation - considerable (not negligible) harm to ecosystems, humans, crops or materials.

Includes global warming impacts: damage costs and avoidance cost approach used.

Accidents: Public and partly occupational risks caused by accidents (use of expectation value).

Insecurity of oil supply addressed, but small.

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13 marzo 2009 22Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

Altre recenti applicazioni MARKAL – TIMES (extra UE)

ETP Energy Technology Perspectives MARKAL

System for the Analysis of Global Energy markets (SAGE)

ETSAP-TIAM (TIMES Integrated Assessment Model)

EFDA-TIMES

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13 marzo 2009 Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

Il modello EFDA a 15 regioni

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13 marzo 2009 24Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

il modello TIAM

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13 marzo 2009 Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

TIM

ES

Int

egra

ted

Ass

essm

ent

Mo

del

15 regioni + OPEC/Non-OPEC

Africa*Australia-New ZealandCanadaCentral and South America*China

Middle-East*Other Developing Asia*South KoreaUnited StatesWestern Europe

Eastern EuropeFormer Soviet Union IndiaJapanMexico

le regioni del modello TIAM

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13 marzo 2009 26Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

Risk of Energy Availability: Common Corridors for Europe Supply Security

FP7 – Energy Security of Supply

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13 marzo 2009 27Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

Il progetto REACCESS: i partners

FP7 - Topic ENERGY.2007.9.1.1: Energy security of supply

Collaborative Project with predominant research and policy components

Acronym: REACCESS

Full Title: Risk of Energy Availablity: Common Corridors for Europe Supply Security

The Partners

POLITO Politecnico di Torino – ItalyASATREM Applied System Analysis, Technology And

REsearch, Energy Models – ItalyCCCC Climate Change Coordination Center – KazakhstanCIEMAT Centro de Investigaciones Energéticas,

medioambientales y Tecnológicas – SpainDLR Deutsches Zentrum für Luft und Raumfahrt,

German Aerospace Center – GermanyKANLO Kanlo Consultants – FranceIET Institute for the Economy in Transition – RussiaIFE Institute of Energy Technology - Norway NTUA-EPUNational Technical University of Athens - Greece ARC/RSA Austrian Research Centres – Research Studios Austria – AustriaF-UNED Fundación General de la Universidad nacional de Educación a Distancia – SpainVTT Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus, Technical Research Centre of Finland – FinlandUSTUTT University of Stuttgart – GermanyCNR-IMAA Institute of Methodologies for Environmental

Analysis - Italy

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13 marzo 2009 28Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

Il progetto REACCESS: le attività

The REACCESS Work Packages

WP1 Project management, scientific co-ordination and WP activities integration

WP2 Identification and detailed description of the “captive” energy import framework for EU 27+ energy routes

WP3 Identification and detailed description of the “open sea” energy import framework for EU 27+ energy routes

WP4 EU security of supply and environment policies vs. energy routes

WP5 Modelling the EU energy system supply corridors WP6 Scenario analysis and result reporting

WP7 Dissemination and exploitation activities

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13 marzo 2009 29Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

Modello multiregionale composto da:

27 Member States dell’EU + Norvegia, Svizzera e Islanda

14 regioni ex-TIAM (rappresentanti il “Rest of the World”)

Molte decine di corridoi energetici, sia terrestri che “open sea”, appartenenti alla regione “Corridoi Energetici”

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13 marzo 2009 30Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

.

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13 marzo 2009 31Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

Infrastrutture per l’elettricità e il gas in Europa

ArzewSkikda

Cordoba

Lyon

St. Petersburg

Rom

HelsinkiOslo

StavangerKårsto

Kollsnes

Algier

Madrid

London

Wien

Athen

Paris

Lissabon

Huelva

Sines

Cartagena

BarcelonaFos-sur-Mer

Bilbao

Krk

Istanbul

La Spezia

Montoir

Zeebrügge

Ekofisk

TrollGullfaksStatfjord

HeimdalFrigg

Budapest

Tunis

Sofia

Bern

Belgrad

Dublin

Belfast

PragWarschau

Minsk

Bukarest

Oseberg

W'

ZagrebRovigo

El Ferrol

Valencia Brindisi

Isle ofGrain

MilfordHaven

Tyra

Emdenhaven

Stockholm

Berlin

Brüssel

Yamburg: 4135

Zapolyarnoye: 3419

Urengoy: 5369

Komsomol: 468

Shtokmanov: 3000

Orenburg: 805

Karachaganak: 453

Kharasavey: 1259

Bovanenkov: 4375

Medvezhe: 549

Kangiran Gonbaldi:

Astrakhan: 2518

Shah Deniz: 400-1000

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13 marzo 2009 32Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

Il progetto MATISSE

Modello multiregionale sviluppato nell’ambito della Ricerca di Sistema Elettrico Italiano

Leader CESI (ora CESI RICERCA)

Ambito energetico: sistema elettrico, multi grid.

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13 marzo 2009 33Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

Il modello multiregionale del sistema elettrico italiano

The figure represents(in a simplified way) the typical RES structureinside a generic region,with electricity import/export and trade with neighbouring regions.

WIN

D

BG

S

HY

DS

OL

BIO

PIEMONTE

ELCP(Pie)

Domanda elettrica(VdA)

Gen. Distribuita in BT(VdA)

KE

R

GS

L

OIL

GA

S

VALLE D’AOSTA

ELCP(VdA)

ELCAA(VdA)

ELCD(VdA)

ELCP(Lom) ELCAA

(Lom)ELCA(Lom)

Dom

anda

ele

ttri

ca(L

om)

Generazionecentralizzata e

Locale AT e MT(Lom)

SOL, HYD,WIND, BIOM

(Lom)

Gen. da fontirinnovabili

(Lom)

LOMBARDIA

ELCAA(Pie)

ITA

COMIMP(Pie)

COMIMP(Lom)

Vettoria

me

nto

PIEGASCCCE1

PIEGASCCCE3

PIEGASTBGE1

PIEBIOCTEE

PIEGASTBGE2

PIEGASTBGE3

PIEGASTBGE4

PIEGASCTEE1

PIEGASCCCE4

PIEHYDPOME

CO

AL

Ve

ttoria

me

nto

IMP

OR

T/E

XP

OR

T

ENV

Estrazione(Pie)

IMPEXPEValle d’Aosta

IMPEXPEValle d’Aosta

Vettoriamento

ELCA(VdA)

SOL, HYD,WIND, BIOM (VdA)

Generazione centralizzatae Locale AT e MT

(VdA)

COMIMP(VdA)

ENV

Nuovi impianti

IMPEXPEPiemonte

IMPEXPEPiemonte

PIEGASCCCE2

GRIDAAT(Pie)

GRIDAAT(Vda)

GRIDAT(VdA)

Imp. Aut/Cost

Tra

de P

iem

onte

/V

alle

d’A

osta

Tra

de P

iem

onte

/V

alle

d’A

osta

PIEGASCCCE5

PIEBIOCTEE3

PIEBIOCTEE2

PIEGASCCCE6

PIEMIXCTEE

PIEBGSCTEE

ELCA(Pie) ELCM

(Pie)

GRIDAT(Pie)

GRIDMT(Pie)

GRIDBT(Pie)

PIEWINIMPE

PIESOLIMPE

PIEHYDBACE

ELCD(Pie)

LTH(Pie)

Domanda elettrica(Pie)

GRIDMT(VdA)

ELCM(VdA)

Gen. da fontirinnovabili

(VdA)

PIEGASMCIE

PIEGASMCIE2

PIEGASCHPE

PIEGASCHPE1

Domanda elettrica(Lig)

Gen. Distribuita in BT(Lig)

Liguria

ELCP(Lig)

ELCAA(Lig)

ELCD(Lig)

IMPEXPELiguria

IMPEXPELiguria

Vettoriamento

ELCA(Lig)

SOL, HYD,WIND, BIOM (Lig)

Generazione centralizzatae Locale AT e MT

(Lig)

COMIMP(Lig)

ENV

GRIDAAT(Lig)

GRIDAT(Lig) GRIDMT

(Lig)

ELCM(Lig)

Gen. da fontirinnovabili

(Lig)

PIEHYDFLUE

Tra

de P

iem

onte

/L

igur

ia

Tra

de P

iem

onte

/L

igur

ia

Generazione Locale inBT (Pie)

Trade Piemonte/Lombardia

Trade Piemonte/Lombardia

GRIDAAT(Lom)

GRIDAT(Lom)

ELCM(Lom)

GRIDMT(Lom)

GRIDBT(Lom)

ELCD(Lom)

ENV

Gen. Distribuitain BT(Lom)

IMPEXPELombardia

IMPEXPELombardia

H2(Pie)

The other energy vectors which supply the power plants are described as in-flows coming from a virtual region representing the aggregated Italian Energy scheme.

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13 marzo 2009 34Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

Lo schema funzionale di MATISSE

The functional scheme for the Model of the Electricity System presents

40 Segments of electrical services demand

150 End use technologies supplied with different voltage levels

400 Supply technologies (thermal, hydro and other renewables power plants, combined heat and power plants)

8 Time-slices (Winter, Spring, Summer, Fall and D/N)

5 Voltage levels

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13 marzo 2009 35Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

MATISSE: la rete elettrica

\\\\

RETE DI TRASMISSIONE

NAZIONALE

400 kV / 220 kV

RETE DI DISTRIBUZIONEAT REGIONALE

(o subtrasmissione)

RETE DI DISTRIBUZIONE MT MT

UTENZE BT

SISTEMA DI GENERAZIONE COLLEGATO

IN AAT400 kV / 220 kV

132 kV / 150 kV

132 kV / 150 kV

MT

SISTEMA DI GENERAZIONE

COLLEGATO IN MT

BT

RETE DI DISTRIBUZIONE BT

SISTEMA DI GENERAZIONE

COLLEGATO IN AT

UTENZE MT

SISTEMA DI GENERAZIONE COLLEGATO IN BT

UTENZE AT

UTENZE AAT

PROGETTO SCENARIDEFINIZIONE CONVENZIONALE DEI CONFINI

TRA LE DIVERSE COMPONENTI DEL SISTEMA ELETTRICO

Da altre Regioni

GRIDAAT

Alle altre Regioni

GRIDAT

GRIDMT

GRIDBT

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

Commodities Markal-TIMES

ELCPELCAAELCAELCMELCB

CCCC

C

5 voltage levels AAT produced & imported AAT national grid AT MT BT distribution 5 electricity commodities ELCP- ECLAA - ECLA ECLM- ELCD

The grids are represented through

4 GRID technologies GRIDAAT GRIDAT GRIDMT GRIDBT

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13 marzo 2009 36Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

repowering e conversioni

ENELEdisonEdipowerEndesaTirreno PowerAEM MIASM BS

Termini Imerese (PA)

Sulcis (CA)

Sermide (MN)

Ostiglia (MN)

Torrevaldaliga Sud (RM)

Chivasso (TO)

Cassano (MI) Tavazzano (LO)

Piacenza (PC)

Sarmato (PC)

Ponti S.M. (BS)

Santa Barbara (AR)

Porto Corsini (RA)

Pietrafitta (PG)

La Casella (PC)

Torrevaldaliga Nord(RM)

Mercure

circa 13.500 MW

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13 marzo 2009 37Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

Edison Enipower EnergiaAEM TOAceaElectrabelAtel

Candela (FG)

Altomonte (CS)

Torviscosa (UD)

S. Nazzaro (PV)

Ravenna (RA)

Brindisi (BR)

Voghera (PV)

circa 8.500 MW

Moncalieri (TO)

Simeri Crichi (CZ)

Mantova (MN)

Termoli (CB)

Vercelli (VC)

Novara (NO)

nuovi cicli combinati

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13 marzo 2009 38Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

Le tipologie di impianto

The plant typologies taken into consideration are listed in the table:

Medium size and large plants are spatially identified and characterised.

Only small plants are aggregated (minihydro, mni-chp, …).

steam cycle/condensation gassteam cycle/condensation oilsteam cycle/condensation coalnew coal fuelled steam plants coalturbogas gasturbogas diesel oilsteam cycle with repowered turbogas gassteam cycle with repowered turbogas oilcombined cycle gasnatural gas derivate fuelled combined cycle gas derivateinternal combustion engine diesel oilincinerator uswbiomass combustion plant biomasscombined cycle integrated with gasification heavy oilsnatural gas fuelled small thermal plant gaswind plant windsolar plant solarhydro plant hydrogeothermal plant geothermaldiesel oil fuelled combined diesel oiloil fuelled combined cycle oiloil fuelled turbogas oildiesel oil fuelled small thermal plant diesel oilbiogas combustion plant biogascombined cycle chp gasnatural gas turbogas chp gassteam cycle chp oiloil fuelled turbogas chp oilsteam cycle/condensation chp gassteam cycle/condensation chp oilcombined cycle chp diesel oilsteam cycle/condensation chp coal

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13 marzo 2009 39Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

La curva del carico elettrico

The figure shows the Power Plants contribution to the load curve:

gas fuelled Combined Cycle Plants base-load

oil and gas fuelled Steam Cycle Plants

modulation

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13 marzo 2009 40Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

MATISSE

3982 129 7892 20104098

10618 Base Scenario16591

2655

1523 6636

6388 2689

664

738

374

122

5383

3105105

885 6636

6195 12802

5479

1404

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13 marzo 2009 41Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

I modelli di sistemi regionali: Piemonte e Lombardia

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13 marzo 2009 42Dipartimento di Energetica - POLITODipartimento di Energetica - POLITOIEFE - MilanoIEFE - Milano

.

Grazie per l’attenzione