Osservatorio

La normativa internazionale sulla generazione distribuita (Parte 2)

La serie EN 50549 e l’attuazione della normativa per la connessione alla rete a livello europeo

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Alberto Cerretti, CEI CT 8/123, Convenor CLC TC 8X/WG 03

INTRODUZIONE

All’interno del CLC TC 8X i requisiti per la connessione dei generatori alle reti di distribuzione, compresi gli aspetti che determinano il loro comportamento elettrico (sistema di controllo, apparati di commutazione, dispositivi di protezione, ecc.) sono gestiti dal Gruppo di lavoro (Working Group) WG 03. La serie di Norme CEI EN 50549 è il progetto più rilevante del CLC TC 8X/WG 03 e mira a supportare l’attuazione della normativa europea in materia di connessione alla rete (Regolamento UE 2016/631 “Requirements for generators”, RfG). Questa serie di Norme fornisce i requisiti tecnici per gli impianti di generazione di energia elettrica destinati a funzionare in parallelo con le reti di distribuzione in BT e in MT, le funzioni di protezione e l’interfaccia con il sistema interconnesso. Include anche la relativa guida tecnica per effettuare le prove sulle unità di generazione e sulla protezione di interfaccia e per valutare la conformità delle loro caratteristiche elettriche.

In particolare, la serie CEI EN 50549 è organizzata come segue [4]:

CEI EN 50549-1:2019: Requirements for generating plants to be connected in parallel with distribution networks – Part 1: connection to a LV distribution network – Generating plants up to and including Type B [4]
CEI EN 50549-2:2019: Requirements for generating plants to be connected in parallel with distribution networks – Part 2: Connection to a MV distribution network – Generating plants up to and including Type B [5]
CEI EN 50549-10:2023: Requirements for generating plants to be connected in parallel with distribution networks – Part 10: Tests for conformity assessment of generating units.

I sistemi di accumulo dell’energia elettrica (electrical energy storage system, EESS) sono equiparati ai generatori e quindi inclusi nel campo di applicazione della serie EN 50549.

In seguito ad un questionario, il WG 03 ha cambiato nome in: “Requirements for connection of generators and dispatchable loads to distribution networks”; sono stati inclusi quindi nella sua attività anche i “carichi dispacciabili” e gli elementi correlati.

Recentemente è stato anche avviato il progetto europeo CLC/TS 50549-20 “Requirements for generating plants to be connected in parallel with electrical networks – Part 20: Definitions and tests of the electrical characteristics of grid-forming generating and storage units”, il cui risultato finale dovrebbe essere una TS. Il progetto è adesso in revision come CLC/TS 50744-1 Electrical characteristics of grid-forming generating and storage units to be connected in parallel with electrical networks – definitions and tests.

Evoluzione degli standard CLC TC 8X

Il CLC TC 8X lavora da tempo sui requisiti per la connessione alla rete degli impianti di generazione. La prima edizione della Norma EN 50438, che tratta i requisiti per la connessione dei microgeneratori (con corrente nominale sino a 16 A per fase) in parallelo alle reti di distribuzione pubbliche a bassa tensione, è stata pubblicata nel 2007 (la seconda edizione nel 2013). Essa è stata il precursore della serie CEI EN 50549, contribuendo significativamente ad armonizzare questo argomento in tutta l’UE. Successivamente, le Norme 50549-1 e 2 sono state proposte come specifiche tecniche (TS) nel 2015 e aggiornate come Norme Europee (EN) nel 2019. Infine, con la pubblicazione della EN 50549-10:2022, la serie CEI EN 50549 è diventata l’unico riferimento per i requisiti degli impianti di generazione da collegare in parallelo alle reti di distribuzione; pertanto, le suddette TS e la EN 50438 sono state revocate.

Cooperazione con altri organismi – Standardizzazione internazionale

Come già detto, il CLC TC 8X non è l’unico organismo che si occupa di questi temi.

L’IEC TC 8 (in collaborazione con altri TC) sta operando per sviluppare o manutenere:

i requisiti per la connessione della generazione distribuita e gli standard per la verifica di conformità, mediante la serie IEC 62786
i requisiti per l’integrazione in rete della generazione di energia da fonte rinnovabile.

Poiché diversi altri TC stanno lavorando su argomenti correlati, il JWG 10 del TC 8 dell’IEC (attraverso la Task Force TF4) sta predisponendo una mappa infografica di tutte le norme (o progetti di norma) che riguardano la connessione alla rete, con l’obiettivo di migliorare il coordinamento, la coerenza e l’efficacia della normazione.

Il CLC TC 8X e l’IEC TC 8 hanno un forte legame e tramite diversi esperti in comune condividono le proprie posizioni in occasione delle riunioni plenarie.

Cooperazione con altri organismi – Contesto normativo europeo

La normativa europea (Regolamento CE 714/2009 e Regolamento UE 943/2019) attribuisce a ENTSO-E, l’Associazione Europea dei Gestori di rete dei sistemi di trasmissione di energia elettrica, il compito di elaborare i Codici di rete europei, sulla base di un elenco di priorità dalla Commissione Europea, in conformità con gli orientamenti quadro adottati dall’ACER (l’Agenzia per la cooperazione fra i regolatori nazionali dell’energia) a valle della consultazione degli stakeholder del settore energetico.

I Codici di Rete europei sono un insieme di regole che, in base alla normativa europea (“Terzo e Quarto Pacchetto Energia”), si applicano a più aree del settore energetico e sono definiti per le questioni trans-nazionali relativamente a:

connessione alla rete (cosiddetto “Connection Network Code”)
integrazione dei mercati e gestione delle congestioni tra le reti (cosiddetto “Market Network Code”)
sicurezza e interoperabilità delle reti di trasmissione (cosiddetto “System Operation Network Code”).

I Codici di Rete europei di connessione pubblicati nella Gazzetta Ufficiale dell’Unione europea sono tre:

il Codice di rete sulla connessione alla rete dei generatori (RfG, Regolamento UE 2016/631 in vigore dal 17/5/2016 e con applicazione a decorrere dal 27/4/2019), che stabilisce i requisiti per la connessione degli impianti di generazione di energia elettrica al sistema interconnesso
il Codice di rete in materia di connessione della domanda (DCC, Regolamento UE 2016/1388 in vigore dal 7/9/2016 e con applicazione a decorrere dal 18/8/2019), che stabilisce i requisiti che i dispositivi passivi (impianti di consumo e impianti di distribuzione connessi al sistema di trasmissione, sistemi di distribuzione, unità di consumo, ecc.) devono rispettare per connettersi alla rete
il Codice di rete relativo ai requisiti per la connessione alla rete dei sistemi in corrente continua ad alta tensione e dei parchi di generazione connessi in corrente continua (HVDC, Regolamento UE 2016/1447 in vigore dal 28/9/2016 e con applicazione a decorrere dal 8/9/2019), che definisce i requisiti per la connessione alla rete dei sistemi in corrente continua (c.c.) ad alta tensione (HVDC).

Va menzionato l’enorme sforzo del CLC TC 8X, attraverso il WG 03, di cooperare attivamente con ENTSO-E e ACER nell’ambito del Grid Connection European Stakeholder Committee e dei relativi Expert Group (EG).

Il WG 03 è stato presente nell’EG HCF (Harmonization of Product Family Grouping and Acceptance of Equipment Certificates in European Level) e nell’EG ACPPM (Advanced capabilities for grids with a high share of Power Park Modules) ed è pronto a contribuire all’EG BFTA (Baseline For Type A Power. Generating Modules). Il CLC TC 8X collabora inoltre all’EG CROS (Connection Requirements for Offshore Systems), attraverso il WG 06.

Infine, il TC 8X attraverso il WG 03, sta contribuendo al processo di revisione (in corso) dei regolamenti RfG e DCC. Questi emendamenti porteranno alla seconda edizione dei Codici di Connessione (GCC), che terrà conto anche dei risultati degli ESC-GC-EG. Va notato che molti altri TC (di IEC o CLC) stanno lavorando ai requisiti di connessione alla rete per includere i test negli standard di prodotto. Come già detto, il TC 8X del CENELEC sta collaborando attivamente con tutti loro per evitare duplicazioni (o incongruenze) e promuovere l’armonizzazione.

CEI EN 50549 PARTI 1 E 2

Contesto

Sia la CEI EN 50549-1 ed. 1, sia la CEI EN 50549-2 ed. 1 sono disponibili dal 2019.

Entro il 2022 le norme nazionali in conflitto con queste norme dovevano essere revocate.

Finalità

Questi standard europei si riferiscono sia ai requisiti del Codice di rete europeo RfG sia alle attuali esigenze tecniche dei mercati elettrici. Il loro scopo è quello di fornire una descrizione dettagliata delle funzioni da implementare nei prodotti. Queste norme europee sono inoltre destinate a diventare il riferimento tecnico per la definizione dei requisiti nazionali laddove il Codice RfG consente un’implementazione flessibile. I requisiti specificati sono esclusivamente di tipo tecnico; le questioni economiche relative, ad esempio, alla copertura dei costi non sono pertinenti.

Contenuti

Le Parti 1 e 2 della Norma CEI EN 50549 specificano i requisiti tecnici per le funzioni di protezione di interfaccia e le prestazioni operative degli impianti di generazione che operano in parallelo con le reti di distribuzione BT e MT.

Per motivi pratici e di efficienza, questi documenti fanno riferimento alla “Parte responsabile” quando i requisiti devono essere definiti da un soggetto diverso dal DSO, ad esempio TSO, Stato membro, Autorità di regolamentazione.

I requisiti di questi standard si applicano, indipendentemente dal tipo di fonte energetica e dalla presenza di carichi, agli impianti di generazione, ai moduli di generazione, alle macchine elettriche e alle apparecchiature elettroniche che soddisfano le seguenti condizioni:

conversione di qualsiasi fonte di energia in elettricità
generatori di tipo B o di capacità inferiore ai sensi del Regolamento (UE) 2016/631 della Commissione [7], tenendo conto dell’attuazione nazionale della decisione relativa ai limiti di potenza tra i tipi A e B e i tipi B e C
connessione con una rete di distribuzione BT o MT.

Questi documenti riconoscono l’esistenza di requisiti tecnici specifici (ad es. codici di rete) del DSO o di un’altra Parte responsabile all’interno di uno Stato membro, che devono essere rispettati.

Sono esclusi dal campo di applicazione:

la selezione e la valutazione del punto di connessione
la valutazione dell’impatto sul sistema elettrico degli effetti sulla qualità dell’energia, la gestione locale della tensione, l’impatto sul funzionamento delle protezioni di linea
la valutazione della connessione, l’insieme delle verifiche tecniche effettuate nell’ambito della pianificazione della connessione
il funzionamento in isola di impianti di generazione, sia intenzionale che non, in cui non è coinvolta alcuna parte della rete di distribuzione
il raddrizzatore a quattro quadranti di azionamenti che reimmettono l’energia di interruzione nella rete di distribuzione per una durata limitata, senza una fonte interna di energia primaria
il gruppo di continuità con durata del funzionamento in parallelo limitata a 100 ms
i requisiti per la sicurezza del personale, in quanto già coperti dalle norme europee esistenti
il collegamento di un’unità di generazione, di un modulo o di un impianto a una rete a corrente continua.

I requisiti principali delle Parti 1 e 2 della Norma EN 50549 riguardano:

schemi di connessione alla rete
dimensionamento dei quadri da installare nel punto di connessione (POC) alla rete
campi di funzionamento normali per frequenza, tensione, qualità dell’alimentazione ed EMC in generale
immunità agli eventi di qualità dell’alimentazione e a qualsiasi altro disturbo per consentire agli impianti di generazione di contribuire alla stabilità generale del sistema elettrico fornendo supporto allo smorzamento delle oscillazioni di tensione, a meno che gli standard di sicurezza non richiedano una disconnessione. L’immunità al tasso di variazione della frequenza (ROCOF), alle sottotensioni (UVRT) e alle sovratensioni (OVRT) sono gli esempi principali
risposta di potenza alle deviazioni di frequenza, per consentire agli impianti di generazione di attivare la risposta di potenza attiva a soglie di sovrafrequenza/sottofrequenza programmabili
risposta di potenza alle variazioni di tensione, per consentire agli impianti di generazione di attivare la risposta di potenza attiva/reattiva a soglie di sovratensioni/sottotensioni programmabili. Sono inclusi anche i requisiti di corrente di cortocircuito per gli impianti di generazione
protezione dell’interfaccia che include protezioni di tensione e frequenza e rilevamento di isole non intenzionali
connessione e avvio della generazione di energia elettrica
modulazione della potenza attiva per consentire il rispetto del set point di potenza attiva da parte del DSO
scambio remoto di informazioni.

CEI EN 50549 PARTE 10

Contesto

La Norma è stata finalizzata dopo l’inchiesta del Segretariato, che ha prodotto più di 160 pagine di commenti, un’inchiesta interna del WG 03 che ha prodotto ulteriori 33 pagine di commenti e infine l’inchiesta del CLC che ha portato all’approvazione della bozza nonostante un numero significativo di commenti in sospeso.

Per decisione del TC 8X, data l’urgenza della pubblicazione, il voto formale è stato omesso e si è tenuto conto dell’approvazione della maggioranza degli Stati membri ottenuta durante l’inchiesta CLC.

Sono state necessarie quasi 30 riunioni del WG 03 nel corso del 2021 e nella prima metà del 2022 (il risultato è stato raggiunto grazie all’uso massiccio di webmeeting).

La Norma CEI EN 50549-10 ed. 1 è disponibile dal 28-10-2022.

La serie EN 50549 è ora completa e valida per tutti i 34 membri del CENELEC, pertanto le pubblicazioni precedenti sono state revocate:

· EN 50438:2013 (with EN 50438:2013/IS1:2015) Requirements for micro-generating plants to be connected in parallel with public low-voltage distribution networks

· CLC/TS 50549-1:2015 Requirements for generating plants to be connected in parallel with distribution networks – Part 1: Connection to a LV distribution network above 16 A

· CLC/TS 50549-2:2015 Requirements for generating plants to be connected in parallel with distribution networks – Part 2: Connection to a MV distribution network.

Entro il 09-08-2025 le norme nazionali in conflitto con la EN 50549-10 dovranno essere revocate. Chiaramente, questo aiuta la circolazione dei prodotti nel mercato unico, favorendo la transizione energetica.

Finalità

Lo scopo della presente norma europea è fornire una guida tecnica per le prove sulle unità di generazione e sulle protezioni di interfaccia per valutarne le caratteristiche elettriche.

I risultati della valutazione sono destinati a essere utilizzati per dimostrare la conformità delle unità di generazione ai requisiti tecnici per la connessione alla rete. In questo contesto, i risultati della valutazione possono essere utilizzati anche come parte di un programma di certificazione. La fonte dei suddetti requisiti tecnici sono le Norme EN 50549-1 e EN 50549-2; se opportuno i metodi di prova della Norma EN 50549-10 possono essere utilizzati anche nei casi in cui si applicano i requisiti di connessione alla rete previsti da altri documenti, qualora non sia prevista una procedura di prova specifica o sia richiesta una diversa impostazione dei parametri. Pertanto, la EN 50549-10 non è un semplice completamento delle Parti 1 e 2, ma una Norma a sé stante sui metodi di prova applicabile anche in un contesto più ampio.

Questa norma è già citata nel documento dell’ACER-ENTSO-e expert group ESC-GC-EG HCF.

Contenuti

Le caratteristiche principali della CEI EN 50549-10 sono:

è formulata in modo aperto per adattarsi a diverse impostazioni e implementazioni nell’RfG
è formulata per riconoscere le procedure nazionali esistenti
include procedure per la modifica del firmware
include procedure per modifiche e variazioni dei parametri
include test relativi a requisiti ancora mancanti nelle norme CEI EN 50549-1 e CEI EN 50549-2, ma che saranno inclusi in future modifiche (come spiegato nella sezione successiva), come l’immunità al salto di fase
introduce l’uso della simulazione, al momento per le unità di generazione con tecnologia sincrona.

Metodi di valutazione e di prova

A causa dei limiti dei siti di prova disponibili, delle attrezzature di prova e di altri vincoli logistici, potrebbe non essere ragionevolmente possibile eseguire l’intera serie di prove sull’unità di generazione completa. Per questo motivo vengono definiti metodi alternativi per dimostrare la conformità a ciascun requisito specifico, in particolare:

· Prova sul sistema di generazione elettrica

· Test sulla navicella di una turbina eolica

· Test sul convertitore di energia primaria

· Test a potenza limitata

· Test su un’unità di generazione ferma

· Test su un componente indipendente

· Test di ingresso simulato

· Test mediante modifica di un parametro di controllo

· Test mediante misurazioni sul campo

· Test mediante calcolo e simulazione numerica per le unità di generazione della tecnologia di generazione sincrona

· Test dell’unità di controllo dell’unità di generazione reale in un ambiente simulato, test “Controller-Hardware-in-the-loop” (HIL)

· Valutazione mediante ispezione e test dei componenti dipendenti.

Modello per le dichiarazioni di conformità

La Norma EN 50549-10 offre anche un modello per le dichiarazioni di conformità, che può essere utilizzato come lasciapassare standardizzato a livello europeo per le unità di generazione. La CEI EN 50549-10 offre la possibilità di testare e fornire una dichiarazione di conformità per un prodotto che implementa solo alcune e non tutte le funzioni richieste dalle CEI EN 50549-1 e CEI EN 50549-2 e per il quale questa norma fornisce un metodo di prova. Di conseguenza, è essenziale che l’utente di tale dichiarazione di conformità comprenda chiaramente quali funzioni sono implementate in un prodotto e per quali funzioni è necessario integrare prodotti aggiuntivi nell’installazione finale di un impianto di generazione.

EVOLUZIONE DELLA SERIE EN 50549

Facendo seguito alle decisioni della plenaria del CLC TC 8X, il WG 03 ha già iniziato i lavori di manutenzione per tutte le Parti della serie EN 50549 in vista del miglioramento dell’edizione 1 attraverso gli emendamenti e della preparazione della pubblicazione di un’edizione 2 coerente.

EN 50549 Parte 1 e 2

L’analisi dei possibili interventi di manutenzione per le Norme EN 50549-1 e EN 50549-2 è iniziata nel 2021 con un questionario sulle esigenze di manutenzione sottoposto ai comitati nazionali. Dopo l’esito positivo dell’indagine, i commenti ricevuti sono stati esaminati e suddivisi nelle categorie “urgente/minore importanza” e “meno urgente/non completamente maturo”. Il primo gruppo di commenti risolti è stato introdotto in due bozze di amendment (AMD) alle EN 50549-1 ed. 1 e EN 50549-2 ed. 1. Il secondo gruppo di commenti sarà discusso dopo la conclusione dei gruppi di lavoro ACER/ENTSO-E ESC-GC ACPPM e HCF e sarà incluso nella seconda edizione. Dopo la diffusione, le due bozze di AMD hanno ricevuto solo 5 commenti editoriali, per cui il TC 8X ha deciso di saltare il voto formale e di considerare i risultati delle votazioni delle inchieste del CLC. Le EN 50549-1 ed. 2 e EN 50549-2 ed. 2 inizieranno più tardi con l’obiettivo di anticipare il più possibile i contenuti della RfG 2.0 attraverso il coinvolgimento negli ESC-GC EGs e la partecipazione al processo di modifica.

EN 50549 Parte 10

Il WG 03 del TC 8X nella seconda metà del 2022 ha iniziato a lavorare sui commenti emersi dall’inchiesta del CLC. La fine dell’analisi è prevista subito dopo il rapporto preliminare dell’HCF, in modo da avere un allineamento completo tra la bozza dell’edizione 2 e le conclusioni dell’ESC-GC-EG. Il CLC TC 8X ha già approvato la proposta del WG 03 di avviare il progetto EN 50549-10 ed. 2 non appena saranno disponibili i risultati dell’HCF EG.

EN 50549 possibili sviluppi

Diversi argomenti sono all’attenzione del TC 8X per una possibile gestione all’interno della serie EN 50549.

Nell’indagine sulle EN 50549-1 e EN 50549-2 l’argomento più importante da trattare è quello della funzionalità di grid forming, che sinora è stato escluso dagli emendamenti in quanto si tratta di un argomento complesso che richiede uno sforzo significativo.

Al riguardo, alcuni Paesi, in particolare la Gran Bretagna [6] e la Germania [7], hanno già definito per primi i requisiti per la funzionalità di grid forming fornita dalla generazione inverter-based. Tuttavia, oggi non sono applicati strutturalmente, ma sono funzionalità opzionali per applicazioni specifiche. Sebbene i requisiti di base siano gli stessi, la formulazione dei requisiti e la prova di conformità differiscono.

Questa funzionalità può essere definita in modo diverso per le diverse tecnologie. L’elemento chiave è la presenza di un EESS che supporta la rete per un transitorio di alcuni secondi. Gli impianti senza EESS non hanno alcuna flessibilità per quanto riguarda la fornitura o l’assorbimento temporaneo di energia e possono fornire il grid forming solo in modo limitato durante i guasti e gli eventi di salto di fase, ma non sono in grado di fornire inerzia durante le deviazioni di frequenza.

Con la progressiva sostituzione di un numero sempre maggiore di impianti di generazione sincroni convenzionali con impianti di generazione da fonti rinnovabili basati su convertitori, il servizio di grid forming dovrà essere fornito in futuro da altre risorse. La generazione basata su convertitori e le unità EESS nel controllo del grid forming sono considerate un’opzione promettente per soddisfare questa esigenza.

Il grid forming sulla rete di distribuzione MT o BT non è stato sperimentato su larga scala e molte questioni devono essere studiate e definite prima a livello di soluzioni, successivamente a livello normativo. Pertanto, il WG 03 propone in via preliminare di installare le risorse distribuite (DER) in modalità grid-forming solo a livello delle sbarre HV/MV o al di sopra di esse, per evitare impatti indesiderati sulla rete del DSO. Per questo motivo il TC 8X ha deciso di non includere questo argomento nell’ed. 2 delle EN 50549-1 e EN 50549-2, ma di avviare una specifica tecnica (TS 50744-1) per i test di conformità degli inverters nei confronti delle caratteristiche al “grid forming”.