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Progetto MIUR PRIN Progetto MIUR PRIN PProgetto di rogetto di RRilevante ilevante IInteresse nteresse NNazionaleazionale

VulnerabilitVulnerabilitàà del Sistema Elettricodel Sistema Elettrico

Prof. Roberto NapoliProf. Roberto NapoliPolitecnico di TorinoPolitecnico di Torino

Politecnico di Milano

Politecnico di Torino

Politecnico di Bari

Università di Pavia

Universitàdi Bologna

Workshop Enea-Polito Roma 22 Giugno 2007

ProgettoProgetto PRINPRIN sullasulla vulnerabilitvulnerabilitàà elettricaelettrica

Obiettivi e organizzazione

Risultati preliminari

Contromisure europee

Peculiarità italiane

Proposte

Sviluppi


CARATTERISTICHIE DEI DISSERVIZI ELETTRICI CARATTERISTICHIE DEI DISSERVIZI ELETTRICI

Tremendo impatto sulla vita sociale, economica e personale

Costi molto elevati : es. perdite econmiche US blackout USA 39 G$/giorno, italiano 120 M€

Possibile “effetto domino” che può amplificare la causainiziale sino a provocare il blackout

Enorme impatto mediatico

Difficoltà per proteggere un sistema distribuito su vaste areegeografiche


PERCHEPERCHE’’ AUMENTA LA VULNERABILITAAUMENTA LA VULNERABILITA’’ ??

• Aumento della domanda

• Riduzione dei margini operativi

• Aumento della complessità

• Aumento dell’ interdipendenza con altre strutturecritiche

• Deterioramento del contesto sociale e lavorativo

• Frammentazione delle decisioni


PERCHEPERCHE’’ AUMENTA LA VULNERABILITAAUMENTA LA VULNERABILITA’’ ??

• Insufficiente diversificazione delle fonti primarie• Insufficiente evoluzione tecnologica• Incertezze nella gestione della liberalizzazione• Insufficienze negli investimenti sui sistemi di

generazione, trasmissione e distribuzione

• Carenze nella previsione e nella gestione delleemergenze

• Debolezze dei sistemi di valutazione, previsione e controllo


PUNTI DI RIFLESSIONEPUNTI DI RIFLESSIONE

L’attuale stato dell’arte fornisce un’ architetturasistemica adeguata per trattare la vulnerabilità ?

Sottoproblemi

Impostazione generale

Metodi e modelli matematici

Strutture hardware e software

Organizzazione

Consapevolezza e formazione


OBIETTIVI PRIN OBIETTIVI PRIN

Formare uno staff nazionale accademico affiatato e coordinato per contribuire a:

finalizzare le attività in corso

svolgere un’analisi indipendente

individuare linee prioritarie di ricerca

adeguare le competenze sugli aspetti di avanguardia

sviluppare approcci ed algoritmi

proporre interventi


PARTECIPANTI GUSEEPARTECIPANTI GUSEE

Gruppo Universitario Sistemi Elettrici per l’Energia

Unità di :

Bari Bari (prof. M. La Scala, Politecnico di Bari)(prof. M. La Scala, Politecnico di Bari)

BolognaBologna (prof. A. (prof. A. BorghettiBorghetti, Universit, Universitàà di Bologna)di Bologna)

MilanoMilano (prof. A. (prof. A. BerizziBerizzi, Politecnico di Milano), Politecnico di Milano)

PaviaPavia (prof. P. Marannino, Universit(prof. P. Marannino, Universitàà di Pavia)di Pavia)

Torino Torino (prof. R. Napoli, coordinatore,(prof. R. Napoli, coordinatore,

Politecnico di Torino)Politecnico di Torino)


PROGRAMMA DI LAVOROPROGRAMMA DI LAVORO

E’ necessario considerare sia incidenti che attacchiintenzionali

Le differenze comprendono:

Strumenti analitici diversi Es.:

attacchi naturali : sicurezza alla n-1attacchi intenzionali: sicurezza alla n-k

Prevenzioni diverse

Interventi post-guasto diversi



Per alcuni problemi, non disponiamo di adeguatimodelli

Occorre quindi elaborare approcci diversi per ilsupporto alle decisioni

Es. per rilevare tempestivamente l’insorgere di un guasto, dove la dinamica è influente, i modellimaematici si sono rivelati inutili. E’ più importantecapire la deviazione dalla normalità.



Considerare aspetti tecnici e organizzativi

La cura contro la vulnerabilità si basa in larga parte anche sugli aspetti organizzativi

Recuperare l’urgenza dell’organizzazioneIl blackout non è una possibilità remota. Partire dalprincipio che il blackout avverrà.

Solo non sappiamo quando.

Quindi bisogna prepararsi, in fretta.


OBIETTIVI SPECIFICIOBIETTIVI SPECIFICI

Monitoraggio e diagnostica

condizioni statiche (tecniche AI, LFP)

condizioni dinamiche (wavelet, equivalents)

Massima utilizzazione in sicurezza

piani di tensione

controllo dei flussi paralleli e T/A TC

dynamic islanding

ausilio della generazione distribuita


OBIETTIVI SPECIFICIOBIETTIVI SPECIFICI

Analisi tecnico economica

economia della sicurezza in libero mercato

remunerazione del reattivo



Linee guida :

Analisi dei rischi

Metodi per la valutazione della vulnerabilità

Analisi rapide di sicurezza per sistemi interconnessi

Valutazione anticipata di comportamenti anomali

Modelli per la valutazione delle azioni preventive

Interventi

Scenari futuri


AspettiAspetti tecnicotecnico--economicieconomici

Formalizzazione delle responsabilitàMaggiore chiarezza e vincoli rigidi negli obblighi diprevenzione, nell’ambito di una normativa europeavincolante e di standards europei

Economia della sicurezza nel mercato competitivoImpatto del mercato, allocazione dei costi, compromessi

fra affidabilità ed efficienza del mercato.Elasticità dei carichi.

Espansione a lungo termine del sistema di trasmissioneRegole incentivanti

Remunerazione del controllo reattivoDefinizione del valore.Formulazione di nuove funzioni obiettivo.


ASPETTI DI CONTROLLOASPETTI DI CONTROLLO

Ottimazione reattiva:

Gestione del supporto reattivo

Regolazione dinamica gerarchica tenendo conto dei limitidi geneazione.

Analisi dei flussi di potenza:

Nuovi modelli per la dfinizione e il controllo dei flussi paralleli(su reti diverse da quelle di iniezione e prelievo)

Identificazione della Total/Available Transfer Capacity Ruolo delle interconnessioni e determinazione della

capacità


ASPETTI DI CONTROLLOASPETTI DI CONTROLLO

Disarticolazione post-guastoCriteri strutturali per la separazione in macro aree.

Wide area controlIntegrazione nei piani di difesa

Ripartenza del sistema dopo un blackoutRevisione del ruolo degl iimpianti termoelettrici

Cooperazione nella reazione post guastoRuolo della generazione distribuita

RISULTATI PRELIMINARI RISULTATI PRELIMINARI

(work in progress)(work in progress)


UnitUnitàà di Baridi Bari

Applicazione della WAMSwide area management system

monitoraggio del comportamentodinamico

identificazione degli attacchi alla sicurezza

valutazione e implementazione di azioni di controllo

Algoritmiaccellerazioni dei calcoli. Calcolo parallelo.

Politecnico di Bari


UnitUnitàà of Bolognaof Bologna

Ruolo delle centrali termolettriche nella ripresa del servizio

Uso delle centrali a ciclo combinato nella riaccensione

Dinamica dei gruppi termoelettrici CHP a fronte dellevariazioni di frequenza

Contributo in emergenzaGestione della generazione distribuitaEffetto degli accumuli.

Universitàdi Bologna


UnitUnitàà di Milanodi Milano

Valutazione della TTC (total transfer capability )Approccio probabilistico per una valutazione neutraleindipendente dall’operatore

Valutazione economica del controllo reattivoPiani per la gestione del supporto reattivo, tenendo contodella struttura in zone e della gerachia di interventi, secondo procedure di ottimazione multiobiettivo

Politecnico di Milano


UnitUnitàà di Paviadi Pavia

Analisi di sicurezzaIdentificazione rapida dei guasti critici

Dispacciamento ottimaleSuddivisione della capacità di trasmissione fra retiinterconnesse

Riconfigurazione ottimale delle retiRegolazione dei dispositivi PST per il controllo attivo

Controllo reattivoOttimazione della potenza reattiva dei generatori

Università di Pavia


UnitUnitàà of Torinoof Torino

Attacchi intenzionaliAnalisi dei rischi. Strategie di coordinamento fra gli

operatori con diversi gradi di informazione.

Applicazione della teoria dei giochi.

Elasticità dei carichiEffetti sul mercato

Strategie per il controllo in emergenza


Forum RESCOMForum RESCOM

La Fondazione Politecnico di Milano ha attivato un FORUM (Rescom) sulla:

Affidabilità della fornitura di Energia Elettrica in un sistema economico aperto alla competizione

Il Forum ha prodotto due ottimi sommari contenentiuna panoramica della situazione italiana e di propostedi intervento


PANORAMA EUROPEO PANORAMA EUROPEO DELLE CONTROMISURE DELLE CONTROMISURE

Come si preparano i gestori di rete europeiall’evenienza di guasti ed in particolare di attacchi

intenzionali

JRC JRC IspraIspra meeting 2005meeting 2005


SPECIFIC COUNTERMEASURESSPECIFIC COUNTERMEASURES

Hard protection of main componentsi.e. bunkers on 400/110 kV transformers (Finland)

reserved pylons for critical nodes (Finland)

Remote control for substations Access control, CCTV checking ,

automated identification of attacks

Protected control centerRestricted access, checking, e-firewall, special supply, CCTV control, duplicated center in different sites…


PLANNING REACTIONS PLANNING REACTIONS

LegislationElectricity and gas companies shall be required to prepare, coordinate and periodically update vulnerability reports and plans for contingencies. (i.e. Denmark law 2005)

Operator Security PlanEach operator must have a list of critical points and a ready security plan containing the protection plan (i.e. France)

Organizational measuresEmergency protection manager and emergency-protection group for crisis management (i.e. E.ON Netz, Germany )


Staff trainingSimulators fo training operators for emergency dispatching, fault detection and power recovery training (i.e. Finland).

Mathematical modelsTools for performing risk and vulnerablity analysis based on predefined realistic scenarios, not necessarely the worst ones (i.e. DEMA - Danish Emergency Management Agency)

Rules for confidentiality

GENERAL COUNTERMEASURES GENERAL COUNTERMEASURES


Contingency planning: all companies must make contingency planning, including and accounting for vulnerability analyses

DEMA tools: the Danish Emergency Management Agency has developed tools for performing risk and vulnerability analyses. In these analyses, blackouts, terrorist attacks, hurricanes, IT breakdowns are considered

DENMARKDENMARK


Planning: network planning principles in power system, redundant capacity, planning guidelines of substations, transmission lines, ITC – systems, contingency planning including loss of control rooms and ITC facilitiesTraining: dispatching, fault detection and power recovery training, simulator training, security training, security of information, crisis management exercises, fire and rescue skillsPerimeter security: fences, gates etc…, alarm systems, CCTV and access control for major substations, transformer bunkers on 400/110 kV transformersCo–operation: co-operation with Defence forces in planning and practicing critical nodes defence, change of information with Finnish Security Police and with other companies

FINLAND (1)FINLAND (1)


Material: pylon material to replace quickly broken transmission line pylons, spare parts and material for quick repair of line and substation faults, recruiting procedures

Risk analysis: vulnerable nodes, network operation in extreme conditions, climate change and occurring new conditions, analysis of cross dependency of ITC and energy networks

Responsibilities in fighting terrorism against critical infrastructures: TSO plans, operates and maintains main grid and secures its continuous operation in a way that makes it not easy target for malicious attacks

FINLAND (2)FINLAND (2)


Special organization measures for crises:

the goals:

recognition of threatening incidents in an early state,

immediate distribution of information,

implementation of necessary measures,

sustained crises management

GERMANYGERMANY


Physical security program: each facility will be provided with an integrated security system, including CCTv, control access, anti-burglary system, perimeter detection system

Cyber security program: specific actions concerning different aspects of cyber security, for certain processes the standard ISO 177999 will be implemented

Acknowledge people within the electricity sector and within state entities

Raise cooperation within the electricity sector: establishment of a working group

ROMANIAROMANIA


Functional requirement on regional and local grids:

loss of supply over 24 hours is not accepted unless under exceptionally severe conditions

Customer compensation for outages more than 12 hours,

25% of the annual grid tariff per day

Line maintenance

All line corridors for 25 kV and over shall be cleared of trees that may fall on the conductors

SWEDENSWEDEN


Risk analysis: for the electricity subsector and considering risks arising from the deployment of information and communications systems

Further proposed measures: o Define key issues relating to information and communications

securityo Draw up IT / Business Continuity Plan / Crisis Organisationo Promote staff training and developmento Define and review architecture of critical systemso Standardise network infrastructureo Voice communications: incorporate effects of new technologies in

the concepto Operation of critical systems: harmonise processeso Allocation of implementation responsibilities by target groupo Define updating of the risk analysis

SWITZERLAND SWITZERLAND


DEBOLEZZE ITALIANE DEBOLEZZE ITALIANE

Vulnerabilità energeticaPoca diversificazione delle fonti energetiche

Importazioni rilevanti

Riserve idriche in diminuzione

Carico in crescita

Vulnerabilità strutturaleSezioni critiche facilmente identificabili

Linee transfrontaliere operate in condizioni prossime al limite


DEBOLEZZE ITALIANEDEBOLEZZE ITALIANE

Vulnerabilità organizzativaRidotta percezione dell’urgenza della programmazione

Scarsa diffusione della cultura del rischio.

Vulnerabilità scientificaDeboli contatti fra il mondo operativo ed il mondo dellaricerca scientifica

Lungaggini e incertezze nel reperimento e nell’uso deifondi


Alcune proposte del Forum RESCOMAlcune proposte del Forum RESCOM

GenerazioneAumentare la produzione da fonti rinnovabili (eolica, biomasse)

Aumentare l’uso del carbone

Riaprire l’opzione per il nucleare

Trasmissione:

Migliorare il coordinamento fra l’allocazione delle nuovecentrali e l’espansione della rete di trasmissione


Alcune proposte del Forum RESCOMAlcune proposte del Forum RESCOM

Sicurezza e mercato elettricoPromuovere la flessibilità della domanda

Rivedere le metodologie di calcolo dei limiti ditrasmissione

Controllo dei sistemi di potenzaIntegrare sistemi di protezione in architetture WAMS

Approfondire l’analisi costi / benefici nella gestione di reticon rilevante penetrazione della generazione distribuita


EnfatizzazioniEnfatizzazioni PRIN PRIN

Nuovi strumenti legislativi per promuovere la responsabilizzazione della pianificazione degli interventi post-crisi, sia per gli operatori che per i responsabili di insediamenti(risk manager)

Chiarire il ruolo delle organizzazioni regionali

Stabilire connessioni più strette e periodici interscambi fra ilmondo degli operatori ed il mondo della ricerca

Usare tutti gli strumenti dell’ evoluzione tecnologica per ampliare la partecipazione del contesto economico-socialealla gestione dell’emergenza


DISPOSITIVI POWER LINE DISPOSITIVI POWER LINE E CONTROLLO DEI CARICHI E CONTROLLO DEI CARICHI


Al di la degli approfondimenti scientifici in corso, ci

proponiamo di:

Sottolineare l’urgenza di creare occasioni di confronto e di coordinamento delle attività di ricerca sulle strutture critiche nel contesto specifico italiano

Sviluppare e consolidare un punto di riferimento accademico nazionale, collegato al mondo degli operatori elettrici

Analizzare i nuovi scenari ipotizzati dalla comunitàscientifica europea e finalizzarli alla realtà italiana

Stimolare azioni specifiche di formazione e di coinvolgimento del contesto economico-sociale nella gestione del rischio

E ADESSO ? E ADESSO ?


Grazie per l’attenzione !

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