The coordination between TSO and DSO in the context of energy transition - A review

Questo articolo esamina le sfide e le soluzioni per il coordinamento tra operatori di rete di trasmissione e distribuzione nell'ambito della transizione energetica, analizzando vari schemi di collaborazione per ottimizzare l'uso delle risorse energetiche distribuite e garantire l'equilibrio e la sicurezza del sistema.

L'essenziale

Immagina il sistema elettrico come una gigantesca autostrada nazionale che si collega a migliaia di strade di quartiere.

In passato, il traffico era semplice: grandi camion (le centrali elettriche tradizionali) viaggiavano sull'autostrada e portavano la merce (l'energia) fino alle case. Chi gestiva l'autostrada (il TSO, l'operatore della rete di trasmissione) e chi gestiva le strade di quartiere (il DSO, l'operatore della rete di distribuzione) lavoravano in modo separato, come se non si parlassero mai.

Ora, però, stiamo vivendo una rivoluzione energetica. Non abbiamo più solo grandi camion; abbiamo milioni di piccole auto elettriche, biciclette a pedalata assistita e furgoncini che possono anche restituire energia alla rete (i DER, le risorse energetiche distribuite come i pannelli solari sui tetti o le batterie domestiche).

Il problema? Se tutti questi piccoli veicoli entrano e escono dalle strade di quartiere senza un coordinamento, si creano ingorghi (congestione) o il traffico diventa caotico.

Di cosa parla questo articolo?

Questo documento è come una guida per i vigili del traffico (TSO e DSO) su come imparare a lavorare insieme per gestire il nuovo caos energetico.

Ecco i punti chiave spiegati con metafore semplici:

1. Il Problema: Due Capitanie che non si parlano

Attualmente, il "Capitano dell'Autostrada" (TSO) cerca di bilanciare il traffico nazionale, mentre il "Capitano del Quartiere" (DSO) cerca di gestire i vicoli.

• Senza coordinamento: Il Capitano dell'Autostrada potrebbe chiedere a un furgoncino di accelerare per aiutare il traffico nazionale, senza sapere che quel furgoncino sta già creando un ingorgo nel vicolo del quartiere. Risultato: il vicolo si blocca e l'autostrada non riceve aiuto.
• Con coordinamento: I due capitani si chiamano al telefono (o si scambiano dati in tempo reale) prima di dare ordini.

2. Le Soluzioni: Come farli collaborare?

Gli autori hanno analizzato diverse strategie (chiamate "schemi di coordinamento"), come se fossero diverse regole per un gioco di squadra:

• Il Metodo "Tutto al Centro" (Centralizzato): Il Capitano dell'Autostrada comanda tutto, anche i furgoncini nei vicoli.
  • Pro: È semplice da gestire.
  • Contro: È troppo pesante! Il Capitano non conosce ogni strada di quartiere e rischia di dare ordini sbagliati. È come se un solo direttore d'orchestra cercasse di dirigere 10.000 musicisti senza ascoltare gli spartiti locali.
• Il Metodo "Ognuno per sé" (Decentralizzato): Ogni capitano gestisce solo il suo territorio.
  • Pro: È più veloce e locale.
  • Contro: Potrebbero esserci conflitti. Se il Capitano del Quartiere usa tutti i furgoncini per risolvere un ingorgo locale, non ne rimangono per aiutare l'autostrada.
• Il Metodo "Mercato Comune" (Ibrido/Integrato): È la soluzione più promettente. Si crea una piazza virtuale dove TSO, DSO e i proprietari delle auto (i clienti) possono scambiarsi servizi.
  • Come funziona: Il DSO dice: "Ho 5 furgoncini liberi nel mio quartiere". Il TSO dice: "Ho bisogno di 3 furgoncini per l'autostrada". Se il DSO è d'accordo, i furgoncini vengono usati. È come un'app di ride-sharing per l'energia: tutti vedono chi ha bisogno di cosa e si organizza il traffico in modo intelligente.

3. La Proposta: Un "Filtro" prima dell'azione

L'articolo propone un sistema specifico (basato sulla situazione nei Paesi Bassi) che funziona come un controllo di sicurezza prima di ogni ordine:

1. Pre-qualifica (Il controllo del libretto): Prima che un furgoncino (una risorsa energetica) possa lavorare per l'autostrada, il DSO controlla se la strada di quartiere è abbastanza larga da reggere quel traffico. Se sì, dà il "bollino verde".
2. L'Offerta (La gara): Quando serve energia, il TSO chiede aiuto. Invece di dare l'ordine subito, chiede al DSO: "Posso usare questi furgoncini?".
3. Il Filtro del DSO: Il DSO fa un calcolo veloce: "Se usiamo questi furgoncini, creiamo un ingorgo?".
   • Se SÌ: Il DSO dice "No, o riduciamo la quantità".
   • Se NO: Il DSO dà il via libera.
4. L'Azione: L'ordine parte solo se è sicuro per entrambi.

Perché è importante?

Immagina di dover gestire una festa enorme dove tutti portano cibo (energia).

• Se non coordinati, qualcuno porta troppa torta e il tavolo si rompe (congestione), o manca il pane (squilibrio).
• Se coordinati, c'è un "capofesta" che guarda cosa c'è in cucina (DSO) e cosa serve nella sala (TSO) e distribuisce il cibo in modo che nessuno si rovini la festa e tutti siano sazi.

In sintesi

Questo studio ci dice che per passare alle energie rinnovabili (sole, vento) senza far crollare la rete, i gestori delle grandi linee e quelli delle piccole linee devono smettere di lavorare in isolamento. Devono creare un sistema di "comunicazione e fiducia" dove i dati viaggiano velocemente, permettendo di usare l'energia delle case e delle aziende locali per risolvere problemi sia locali che nazionali, risparmiando soldi e evitando blackout.

È il passaggio da un sistema dove ognuno tira l'acqua al proprio mulino, a un sistema dove tutti remano nella stessa direzione, ma con la consapevolezza di dove si trova l'acqua sotto la propria barca.

Sommario tecnico

Ecco un riassunto tecnico dettagliato del documento in lingua italiana, strutturato secondo le sezioni richieste.

Titolo: Il coordinamento tra TSO e DSO nel contesto della transizione energetica: Una revisione

Autori: Hang Nguyen, Koen Kok, Trung Thai Tran, Phuong H. Nguyen (Eindhoven University of Technology, Paesi Bassi).

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1. Il Problema

La transizione energetica verso fonti rinnovabili sta riducendo la dipendenza dai combustibili fossili, ma introduce sfide tecniche significative per i gestori di rete. La penetrazione massiccia delle Risorse Energetiche Distribuite (DER) nelle reti di distribuzione (DN) crea complessità nell'integrazione del sistema.
Il problema centrale risiede nella separazione operativa tra il Gestore di Rete di Trasmissione (TSO) e il Gestore di Rete di Distribuzione (DSO). Sebbene fisicamente connessi tramite trasformatori, operano in silos distinti. Questa mancanza di coordinamento porta a:

• Sottoutilizzo della flessibilità offerta dalle DER.
• Rischi di congestione nella rete di distribuzione quando il TSO attiva servizi di bilanciamento senza considerare i vincoli locali.
• Inefficienze nei costi operativi e nella pianificazione degli investimenti.
• Mancanza di standardizzazione nei flussi di dati e nelle interfacce di comunicazione.

L'obiettivo è identificare il modo più efficace per TSO e DSO di utilizzare le risorse di flessibilità per mantenere l'equilibrio dell'intero sistema garantendo l'assenza di congestione.

2. Metodologia

Il paper adotta un approccio di revisione sistematica della letteratura integrato con l'analisi di progetti pilota reali e la proposta di un nuovo schema di coordinamento.

• Raccolta Dati: Analisi di pubblicazioni scientifiche (ScienceDirect, IEEE Xplore), rapporti di organizzazioni internazionali (ENTSO-E, IRENA, MIT CEEPR) e documenti di progetti europei (SmartNet, CoordiNet, INTERRFACE, GOPACS, Soteria).
• Classificazione: I modelli di coordinamento sono stati categorizzati in base al design di mercato, alle procedure operative e allo scambio di dati, distinguendo tra approcci centralizzati e decentralizzati.
• Analisi Comparativa: Valutazione dei pro e dei contro di sei principali schemi di coordinamento (CS) in termini di costi, sicurezza del sistema e ruolo del DSO.
• Proposta di Modello: Sviluppo di uno schema ibrido specifico per il mercato del bilanciamento nei Paesi Bassi, illustrato attraverso diagrammi di sequenza per le fasi di pre-qualifica, offerta e attivazione.

3. Contributi Chiave

Il documento apporta diversi contributi tecnici e concettuali:

• Classificazione degli Schemi di Coordinamento: Identifica e analizza sei modelli principali:
  1. Modello gestito dal TSO (Centralizzato): Il TSO acquista direttamente dalle DER.
  2. Modello gestito dal DSO (Mercato locale): Il DSO gestisce la congestione locale prima di inviare il residuo al TSO.
  3. Responsabilità condivisa (Mercato frammentato): Divisione delle responsabilità secondo un programma predeterminato.
  4. Modello ibrido (Mercato multilivello): Il TSO accede ai servizi DER solo dopo la validazione del DSO.
  5. Mercato comune TSO-DSO: Gestione congiunta per l'intero sistema.
  6. Mercato integrato della flessibilità: Coinvolgimento di un operatore di mercato indipendente.
• Analisi dei Pro e Contro: Fornisce una tabella dettagliata che confronta i modelli in termini di costi operativi, complessità computazionale, conflitti di interesse e ruolo del DSO.
• Identificazione dei Flussi di Dati: Definisce quali informazioni devono essere scambiate (flussi di potenza, previsioni, dati di pre-qualifica, limiti di vincolo) per prevenire interferenze dannose tra bilanciamento e gestione della congestione.
• Proposta di Schema Ibrido per i Paesi Bassi: Introduce un modello in cui il DSO ha un ruolo attivo nella pre-qualifica e nella validazione delle offerte delle DER prima che queste vengano accettate dal TSO per il mercato del bilanciamento (aFRR/mFRR).

4. Risultati

• Prevalenza dei Modelli Decentralizzati: Oltre il 90% della ricerca accademica si concentra su approcci decentralizzati, poiché i modelli centralizzati impongono oneri computazionali eccessivi al TSO e richiedono infrastrutture di comunicazione complesse.
• Efficacia dei Progetti Pilota: I progetti europei (es. SmartNet, CoordiNet) dimostrano che non esiste un approccio unico valido per tutti. La scelta dipende dalle caratteristiche nazionali, dalla topologia di rete e dalla natura delle risorse di flessibilità.
  • In scenari con scarsa congestione, i modelli centralizzati possono essere ottimali.
  • In scenari con alta penetrazione DER, i modelli decentralizzati o ibridi offrono un miglior compromesso tra costi e sicurezza.
• Vantaggi del Coordinamento: Un coordinamento efficace permette di:
  • Ridurre i costi operativi totali.
  • Posticipare gli investimenti in infrastrutture di rete.
  • Migliorare la sicurezza del sistema evitando attivazioni di servizi in direzioni opposte (che causano congestione).
• Risultati dello Schema Proposto: Il diagramma di sequenza proposto per i Paesi Bassi dimostra che includere il DSO nel processo di pre-qualifica e validazione delle offerte (prima dell'attivazione) previene la congestione. Senza coordinamento, l'attivazione di un'offerta da parte del TSO potrebbe violare i vincoli della rete di distribuzione; con il coordinamento, il DSO aggiorna i limiti di offerta in tempo reale, garantendo che la flessibilità sia utilizzata in sicurezza.

5. Significatività

Questo studio è fondamentale per la transizione energetica per i seguenti motivi:

• Abilitazione della Flessibilità: Dimostra come trasformare le DER da potenziale problema di stabilità a risorsa strategica per il bilanciamento di rete.
• Definizione di Ruoli Chiari: Chiarisce la necessità di un ruolo più attivo del DSO, non solo come gestore passivo, ma come attore chiave nella gestione della congestione e nella validazione dei dati.
• Sostenibilità Economica e Tecnica: Fornisce una roadmap per progettare mercati dell'energia che massimizzino il benessere sociale e minimizzino i costi, superando le barriere tecnologiche e normative attuali.
• Base per Futuri Sviluppi: Evidenzia la necessità di standard internazionali per la sicurezza dei dati e le comunicazioni, ponendo le basi per ricerche future sulla quantificazione degli impatti nei scenari di rete attuali e futuri.

In sintesi, il paper conclude che il coordinamento TSO-DSO non è opzionale ma essenziale per garantire la sicurezza, l'affidabilità e l'efficienza economica di un sistema energetico in rapida decarbonizzazione.