Microgrids and Nanogrids Dr. Alessandro Burgio

Department of Mechanical, Energy and Management Engineering (DIMEG), University of Calabria, Italy

Conferenza  del 05 dicembre 2016 - Università della Calabria

From dumb to smart … grids.In  generale,  un  sistema  dumb diventa smart quando  sensori,  dispositivi  di comunicazione,  apparati  intelligenti  di  controllo  anche  decentralizzato,  sistemi  di supporti  alle  decisioni  concorrono  per  la  gestione  coordinata  ed  ottimizzata  dello stesso  sistema.  Nel  caso  delle  reti  elettriche,  un  sistema  elettrico  non  intelligente (dumb grid) diventa intelligente (smart grid) quando, senza compromessi sul livello di affidabilità e sicurezza, si innova così da accompagnare ciascuno di noi lungo la strada dello sviluppo globale e sostenibile.     

From smart grids & smart cities to...

… a smart world. What comes first?

Three come first!

Smart grids Smart Cities Smart worldDemand Response

MicrogridsNanogrids

DEMAND RESPONSE COMES FIRST.

“Today’s killer app for Smart Grid”  e  “The key for engaging consumers in the Smart Grid”, queste sono due definizioni recenti di Demand Response (DR).

Definizioni  più  attraenti di  quella  convenzionale;  tecnicamente, DR è un  programma  di  azioni,  finalizzate  a  cambiare  le  abitudini  dei consumatori nel consumare l’energia. Il motivo per cui perseguire tale cambiamento  di  abitudini  è  l’ottenimento  di  molteplici  benefici:  the increasing of power system flexibility and penetration of renewables, the deploying of distributed generation and storage, the improving of the  reliability  of  the  transmission  network,  the  reduction  of transmission and distribution network congestions and peak load. 

Three come first!

Smart grids Smart Cities Smart worldDemand Response

MicrogridsNanogrids

MICROGRIDS COME FIRST

The  MG  concept  as  a  means  to  integrate  distributed  generation.  MG  comprende sistemi  di  distribuzione  MT  con  risorse  energetiche  distribuite  (microturbines,  fuel cells,  PV,  etc.)  unitamente  a  sistemi  di  accumulo  (flywheels,  energy  capacitors  and batteries) e carichi elettrici flessibili. Possono operare in isola o connesse alla rete AT.  Microgrid is an integration platform for supply-side (microgeneration),  storage  units  and  demand resources  (controllable  loads)  located  in  a  local distribution  grid.  The  difference  between  a microgrid  and a passive  grid  penetrated  by micro sources  lies  mainly  in  terms  of  management  and coordination of available resources. 

Three come first!

Smart grids Smart Cities Smart worldDemand Response

MicrogridsNanogrids

NANOGRIDS COME FIRST.

Nanogrids  are  small  microgrids  which  typically  serves  a  single  building  or  a  single home. The nanogrid interconnects generation units and plants (PV, micro-CHP Stirling-engine,  gas  micro-turbines,  fuel  cells,  etc.)  and  electric  storage  systems.  In  dc  NG, micro-sources, storage systems and loads are connected to a common dc bus through appropriate power converters.A  bidirectional  power  converter   regulates  the  power  flow  between the nanogrid  and  the  grid.  It  allows the  nanogrid  to  operate  as  a  single system,  providing  ancillary  services to  the  grid.  IEC  61850-720 communication is available. 

DR  program,  microgrids,  nanogrids:  un  percorso  che  un  consumatore  non  può percorrere autonomamente; piuttosto, questo è un impegno collettivo, i consumatori sono membri di una comunità energeticamente integrata e coordinata da un soggetto intermediario.

Power Cloud framework

Power Cloud as a model

Power  Cloud  is  a  management  and  business  model  applicable  to  the  Integrated Community  Energy  Systems  (ICESs)  that  is  locally  and  collectively  organized  energy systems. Power Cloud is a feasible solution for put in practice the concept of sustainable energy  communities,  community  energy  systems,  micro-grids  community,  and  peer-to-peer energy.

Power Cloud for social developmentA PV system on the rooftop is an easy and cost-effective way to independently fulfil a part of own electricity demand,  reduce  the  electric  bill,  generate  savings,  contribute  to  the  exploitation  of  renewable  energy sources, and contribute to the environmental preservation by reducing the greenhouse gas emissions. Such an opportunity is evidently reserved to those users which have ample space for installing a PV system; on the contrary, it is denied to those users which, as an example, live in apartment building. 

Local demand    Remote demand

Local demand    Remote demand

Power Cloud for social development

Citizens may produce energy and participate in the electricity market, selling energy to the formers.  The  electricity  market  is  accessible  to  all  citizens  that  become  real  market operators  in aggregate  form. Such a  transformation would have an  immediate economic return, relying on price margins that exist between the wholesale and retail prices. 

Citizens in urban area and those in rural area  are  joined  in  a  process  of  social   development where exploiting RESs and self-consumption are two main pillars. 

Citizens in rural area, which have large area, oversize their PV plants so to generate electricity for those living in the downtown and which cannot install a PV plant on rooftop.

A prototype in LASEER labA  3.3kW  prototype  of  a  3-phases  nanogrid  has  been  designed  and  built  in  the laboratory of Electric Power Systems and Renewable Energy Sources (LASEER).The  prototype  to  implements  the  innovative  business/management  model  of  Power Cloud. The prototype  is able to move the user from  “Consumer” to “Prosumer”, from “business as usual”  to  “power cloud”.  For  the  real time control,  the prototype adopts the  dc  bus  signalling  (DBS)  control  strategy.  The  DBS  control  strategy  has  been implemented  in  a  prioritized  fashion  so  to  maximize  the  use  of  renewables  and  to maximize self-consumption.

Thank you for your attention

 Daniele Menniti and G. Barone, G. Belli, G. Brusco, A. Burgio, F. Certo, L. Mendicino, M. Mercuri, M. Motta, A. Pinnarelli, L. Scarcello, N. Sorrentino, P. 

Vizza. 

Department of Mechanical, Energy and Management Engineering (DIMEG)University of Calabria Via Bucci 42C, Arcavacata di Rende - CS, Italy