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PROTEZIONE CATODICA E GESTIONE DELLE RETI: PER SAPERNE DI PIÙ

Verso l'efficienza e l'automazione intelligente nella protezione catodica case study

Verso l’efficienza e l’automazione intelligente nella protezione catodica: due case study

Dall’intervento “L’evoluzione della rete di distribuzione”
SMART GRID DAYS 2024, 18 – 19 Settembre 2024.

Centria è un distributore cittadino che opera in 16 province prevalentemente toscane, ma con qualche escursione in Puglia e in Umbria, e ha delle collaborazioni con altre società nel Grossetano. Ha circa 6.000 km di gasdotti, gestiti prevalentemente in media e bassa pressione, e oltre 400.000 clienti.

Da sempre Centria si chiede se sia possibile dare un contributo alla decarbonizzazione. Oggi anche la protezione catodica si pone questo quesito. Il distributore vorrebbe rendere il suo lavoro più efficiente ed evoluto, nonostante offra un servizio energivoro.

In questo caso, la tecnologia viene in aiuto: i case study che presentiamo sono due esempi di interventi eseguiti sulla protezione catodica di due impianti di distribuzione cittadina a corrente impressa. In entrambi i casi è stato installato un dispositivo G-POWER di AUTOMA in sostituzione dell’alimentatore precedentemente in funzione: nel primo caso, G-POWER ha sostituito l’unico alimentatore del sistema, mentre nel secondo ha sostituito uno dei due alimentatori.

Caso 1: La situazione di partenza e la soluzione AUTOMA

Il sistema si trova nel comune di Montale, nella provincia di Pistoia. È dotato di 13 km di tubazioni, di cui circa il 50% di media pressione e il 50% di bassa pressione, e di un solo alimentatore di protezione catodica, funzionante a potenziale costante, con corrente di base.

La regolazione è stata fatta con il potenziale Eon perché era l’unico modo in cui quell’alimentatore poteva funzionare, ovvero con un potenziale di -2,8 V corrispondente a circa un Eoff di -1,1 V. La corrente di base era 1,30 A che doveva costantemente erogare anche in condizioni di potenziale inferiore a quello richiesto. La corrente erogata variava molto perché è un sistema molto interferito. La variazione andava da 7 A a 12 A, con un valore medio di circa 10,5 A.

L’estensione chilometrica del sistema è abbastanza elevata, quindi si parte da una zona abbastanza pianeggiante e si arriva sulle prime colline. Come si vede dalla prima immagine, le tubazioni sono abbastanza distribuite. Mentre nella seconda immagine si vedono le dislocazioni dei punti di misura caratteristici e telesorvegliati.

Verso l'efficienza e l'automazione intelligente nella protezione catodica case study pistoia centria automa territorio

Dai dati del telecontrollo prima della sostituzione dell’alimentatore si vede effettivamente che la corrente ha dei valori compresi fra 7 e 12 A, con un valore medio intorno ai 10 A.

Abbiamo rimosso l’alimentatore precedentemente in funzione e lo abbiamo sostituito con G-POWER di AUTOMA. Dopo averlo acceso, abbiamo reimpostato i parametri che venivano utilizzati con l’alimentatore precedente, vale a dire regolazione a potenziale costante con un valore di Eon di -2,8 V. Abbiamo scelto di utilizzare G-POWER con la stessa impostazione dell’alimentatore precedente per verificare se c’erano delle differenze di funzionamento a parità di condizioni. Nella tabella potete vedere i nuovi dati restituiti.

Verso l'efficienza e l'automazione intelligente nella protezione catodica case study pistoia centria automa tabella

Quindi non abbiamo variato né il sistema di regolazione né tantomeno l’impianto o i suoi elementi al contorno. Già dalla prima accensione abbiamo avuto una sorpresa abbastanza inattesa: la corrente si è ridotta di quasi il 25%, passando da un valore di 8 A medi a poco più di 6 A.

Ci siamo chiesti perché e con AUTOMA abbiamo fatto un po’ di analisi su queste misure. Premetto che il lasso di tempo che abbiamo avuto per analisi è stato breve: gli alimentatori sono stati messi in funzione nel mese di luglio-agosto 2024, e quelli che vedete sono dei dati preliminari a circa due mesi dall’avvio del sistema, a settembre 2024. Però queste verifiche ci fanno sperare di aver intrapreso perlomeno la giusta strada.

Verso l'efficienza e l'automazione intelligente nella protezione catodica case study pistoia centria automa grafico

Perché c’è stata questa riduzione di corrente? Andando a vedere le misure abbiamo notato che l’unica cosa che è veramente cambiata nei dati provenienti dal telecontrollo è lo scarto quadratico medio sul valore regolato. La differenza è importante: siamo passati da 0,2 a 0,02. Questa variazione indica che la regolazione è molto più stabile nel tempo, cosa che si traduce in una minore variazione della corrente erogata e quindi in una corrente più stabile e inferiore a quella che era inizialmente.

Caso 2: La situazione di partenza e la soluzione AUTOMA

Il secondo sistema di cui parliamo è nel comune di Sesto Fiorentino, dove Centria ha due alimentatori. Di questi, solo uno è stato sostituito nel corso di questa prova perché volevamo vedere l’interazione di G-POWER con altri alimentatori.

Tutti e due gli alimentatori di partenza funzionavano con potenziale costante ed erano entrambi regolati a -2 V di potenziale Eon, corrispondente a -1,1 V circa di potenziale Eoff. La corrente totale era 13 A, suddivisa più o meno equamente sui due alimentatori.

Abbiamo circa 11 km di rete prevalentemente di media pressione, quindi avevamo delle reti in quarta specie e delle reti in sesta specie (0,5 bar e 5 bar) nel centro cittadino di Sesto Fiorentino, che è una zona molto interferita e con la presenza di una ferrovia.

Verso l'efficienza e l'automazione intelligente nella protezione catodica case study sesto fiorentino centria automa

Solo l’alimentatore che è stato sostituito è stato impostato per far funzionare la regolazione sul potenziale Eoff. Abbiamo fatto diverse prove e abbiamo poi deciso di regolare il potenziale Eoff non più sul -1,1 V (come era impostato sugli alimentatori precedenti) ma a -0,95 V.

A questo punto, il secondo alimentatore è stato spento perché G-POWER era più che sufficiente per proteggere tutta la struttura collegata. Prima i due alimentatori si dividevano il carico della corrente (circa 6 A/6,5 A ciascuno), invece con l’introduzione del G-POWER di AUTOMA uno dei due era completamente fermo, mentre l’altro erogava circa la metà della corrente che in precedenza veniva erogata in totale da due alimentatori.

La riduzione della corrente in questo caso è stata notevole, del 50%, sia per la stabilità di regolazione dell’alimentatore e sia per l’abbassamento del potenziale Eoff. Per un’azienda in possesso della certificazione ambientale arrivare a questi risultati è traguardo importante.

Facciamo un cenno alla semplicità di installazione del dispositivo AUTOMA. G-POWER ha incorporato al suo interno anche il data logger, e quindi tutte le sue funzionalità: interruttore ciclico, telecontrolli, sistema di trasmissione. È sufficiente portarlo in loco e attaccare alcuni cavi per renderlo subito operativo, mentre per gli alimentatori precedenti è stato necessario fare un cablaggio che magari in alcuni casi richiedeva mezza giornata per collegare tutti i dispositivi. Anche un’installazione veloce si traduce in una migliore efficienza per l’azienda.

In conclusione, con G-POWER di AUTOMA abbiamo un prodotto che ha una migliore regolazione e stabilità nel suo funzionamento, il che è sicuramente dovuto anche al fatto che ha un un’elettronica molto nuova. Chiaramente, essendo un prodotto nuovo, le sue potenzialità sono ancora tutte da esplorare. Ma per il momento possiamo dire che, oltre a una semplicità di installazione non indifferente, offre anche un grande vantaggio nella possibilità di regolare sul potenziale Eoff locale.

AUTOMA progetta e produce soluzioni hardware e software innovative e Made in Italy peril monitoraggio e il controllo remoto in ambito Oil, Gas e Water.

Siamo nati nel 1987 in Italia, e oggi oltre 50.000 dispositivi Automa sono installati in più di 40 Paesi nel mondo.

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Gestione smart della protezione catodica a corrente impressa un case study automa

Gestione smart della protezione catodica a corrente impressa: un case study

Dall’intervento “Protezione catodica. Messa in servizio di un sistema a corrente impressa in presenza di interferenze non stazionarie”
SMART GRID DAYS 2024, 18 – 19 Settembre 2024.

Il gruppo INRETE distribuzione, parte del Gruppo Hera, si occupa della distribuzione di gas ed energia elettrica in Emilia-Romagna e Toscana.

Il case study che presentiamo riguarda la messa in servizio di un sistema di protezione catodica a corrente impressa di una struttura di distribuzione in presenza di interferenze non stazionarie. Proprio per la morfologia delle strutture, questo tipo di messa a punto risulta estremamente dinamica. Vedremo quindi come l’utilizzo delle tecnologie AUTOMA, applicate alla regolazione (con un G-POWER installato come alimentatore più prossimo all’interferenza) e alle tecniche di misurazione (un dispositivo G4C-PRO installato sul secondo alimentatore e un G4C-PRO con BOX SOLAR installato sul punto di misura remoto), può contribuire all’efficientamento dei nostri impianti, regolandoli in maniera più efficace.

La situazione di partenza

Il sistema che prendiamo in esame è una frazione di un impianto di distribuzione su un quartiere cittadino, in cui persiste un’interferenza causata dalla vicina sottostazione elettrica di un sistema di trazione a corrente continua.

La rete, posata in un terreno prevalentemente sabbioso, è protetta tramite due impianti a corrente impressa ed asservita da un impianto di drenaggio unidirezionale. L’architettura della rete è prevalentemente magliata, con un’estensione di circa 24 km, e con uno sviluppo superficiale di poco superiore ai 10.000 m².

Tutto ha inizio con la messa fuori servizio dell’impianto di drenaggio unidirezionale.

Il nuovo assetto parte nel 2019 con: determinazione dello stato elettrico; valutazione della variabilità del campo elettrico; regolazione e quindi bilanciamento del sistema elettrico. La nuova morfologia porta i due alimentatori (i due rombi che vedete nell’immagine) in posizioni molto decentrate rispetto all’interferenza rilevata.

Gestione smart della protezione catodica a corrente impressa

Questo fa sì che l’area urbana più prossima all’interferenza si trovi a registrare attenuazioni di potenziali molto evidenti. Decidiamo pertanto di progettare un impianto a corrente impressa, determinando la variabilità del campo elettrico e analizzando le aree più anodiche, quindi le più idonee per questa realizzazione.

L’impianto a corrente impressa

Nell’ottobre del 2022 realizziamo il nuovo impianto a corrente impressa. Di conseguenza passiamo anche all’implementazione sull’intera rete di nuovi punti di misura con sonde di polarizzazione. Nel novembre 2022 realizziamo il nuovo assetto elettrico che, per l’appunto, pone l’alimentatore di nuova progettazione più prossimo all’interferenza.

A seguito della nuova messa in servizio e alla variazione di parametri elettrici monitorati – attenendoci alla UNI11094 – riclassifichiamo tutti i punti di misura. Decidiamo di conseguenza di rifare una nuova messa in servizio dell’intero sistema, attenendoci alla UNI EN ISO15589-1, partendo dall’indagine preliminare:

  • Verifica dell’integrità del sezionamento.
  • Verifica di tutti i cablaggi.
  • Variabilità del campo elettrico.
  • Avvio del sistema con checklist di tutti gli impianti e relativi dispositivi di sicurezza.
  • Avvio degli impianti con settaggi stato elettrico.
  • Verifica della continuità elettrica.
  • Ribilanciamento sia degli impianti che dei resistori sulla nostra rete.
  • Rilievi delle correnti sui giunti.

Conseguentemente procediamo alla mappatura completa di tutto il sistema.

Procediamo con la riclassificazione dei punti di misura, aggiornamento cartografico e – passaggio frequentemente dimenticato – la raccolta di tutti questi dati in un rapporto di messa in servizio, dove registriamo i valori di riferimento dello stato elettrico del nostro sistema, in conformità con la ISO, per un confronto con misure future.

Il nostro sistema di telesorveglianza ci fornisce l’opportunità di riportare per ogni singolo punto di misura il suo set point successivo alla calibrazione, indirizzandolo verso il bilanciamento dell’impianto. Come si può vedere nell’immagine, questo fa sì che, in caso di sforamento del set point impostato, il sistema di monitoraggio crei una riga di anomalia, da cui è possibile generare un ordine di intervento.

Gestione smart della protezione catodica a corrente impressa anomalia

Un sistema a corrente impressa è particolarmente dinamico e i primi interventi, oltre alla già citata dismissione dell’impianto di drenaggio, hanno fornito la possibilità di efficientare l’impianto, riducendo la densità di corrente da 2,7 mA/m² ottenuta con il primo assetto del 2017 a circa 1,0 mA/m² nel 2023.

La soluzione AUTOMA al problema delle interferenze

Tutte queste attività hanno sicuramente mitigato le problematiche presenti nel sistema, ma senza risolvere le interferenze che interagiscono con il sistema di pilotaggio dell’alimentatore.

Fortunatamente le tecnologie ci vengono incontro e l’adozione della tecnica del rilievo del potenziale Eoff (Istant-off) sull’alimentatore maggiormente interferito risulterà una scelta azzeccata.

Il nuovo alimentatore G-POWER by AUTOMA ci ha fornito la possibilità di pilotare l’impianto direttamente sul valore Eoff, valore epurato dalla componente IR, permettendo al regolatore PID dello stesso di mostrarsi meno sensibile alle fluttuazioni dei potenziali.

Gestione smart della protezione catodica a corrente impressa G-POWER by AUTOMA

Questo si nota in particolar modo sullo scarto quadratico dell’erogazione di corrente dall’alimentatore. In questo primo assetto, dove entrambi gli alimentatori operavano a corrente variabile, è possibile vedere quanto risultasse variabile lo scarto quadratico durante l’arco della giornata.

Nella fase di sperimentazione successiva abbiamo legato il pilotaggio dell’alimentatore più prossimo all’interferenza ad una E-sonda remotizzata ancora più attiguo all’interferenza stessa, mentre l’altro impianto a corrente impressa è stato portato in corrente costante (gli spike visibili nell’immagine sono dovuti ad attività di manutenzione).

Nell’ultimo assetto, in cui l’alimentatore interferito è stato portato a un potenziale di Eoff locale, è possibile apprezzare un appiattimento dello scarto quadratico medio. Con questa configurazione abbiamo effettivamente dimezzato lo scarto quadratico della corrente, fattore che, anche se meno evidente ma altrettanto interessante, si nota pure sullo scarto quadratico medio della DDP E-sonda rilevata sul punto più caratteristico del nostro sistema. Anche in questo caso si ha un quasi dimezzamento del valore nella fase di pilotaggio dell’alimentatore tramite Eoff locale, il quale riesce a lavorare a potenziali E-sonda meno elettro negativi.

Gestione smart della protezione catodica a corrente impressa G-POWER by AUTOMA

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Ottimizzazione avanzata della protezione catodica come l’intelligenza artificiale rivoluziona il settore

Ottimizzazione avanzata della protezione catodica: come l’intelligenza artificiale rivoluziona il settore

La protezione catodica è da sempre una delle strategie fondamentali per rallentare la corrosione delle strutture metalliche interrate, come le condotte. Tuttavia, fino a poco tempo fa, le tecniche adottate per verificarne l’efficacia erano spesso limitate a misurazioni manuali, puntuali e non adeguatamente  rappresentative dell’intero sistema, in particolare in presenza di interferenze.

Oggi, grazie all’introduzione di tecnologie avanzate, big data e intelligenza artificiale, il monitoraggio della protezione catodica sta vivendo una vera e propria rivoluzione.

Tradizionalmente si basava su rilievi effettuati in determinati punti della rete: gli operatori raccoglievano letture periodiche del potenziale ON e, sulla base di queste misurazioni, regolavano i setpoint degli alimentatori. Questo metodo, però, ha mostrato notevoli limiti: i valori rilevati rappresentavano solo una misura istantanea e non tenevano conto delle fluttuazioni durante la giornata né delle interferenze esterne, come le correnti vaganti generate da infrastrutture vicine.

Con l’evoluzione delle reti e l’aumento delle interferenze, si è compreso quanto fosse necessario un cambio di paradigma. È nata così da AUTOMA l’idea di una gestione intelligente del sistema di protezione catodica (Smart CP Management): un ecosistema in grado di monitorare ogni punto della rete in tempo reale, regolare automaticamente la corrente erogata dagli alimentatori di protezione catodica e prevedere criticità prima che si trasformino in problemi concreti.

Smart CP Management di AUTOMA è un approccio innovativo che unisce tecnologia digitale, analisi dei dati e intelligenza artificiale per ottimizzare in tempo reale il funzionamento dell’intero sistema di protezione catodica.

Dall’analogico al digitale: Smart CP Management, la rivoluzione AUTOMA

In passato, come abbiamo detto poco sopra, gli operatori eseguivano rilievi puntuali su specifici “punti” della rete, misurando manualmente il potenziale ON. Questi dati venivano utilizzati per configurare gli alimentatori, spesso con un margine di sicurezza elevato per compensare l’incertezza delle misurazioni e le fluttuazioni nel tempo. Il risultato? Spesso veniva erogata più corrente del necessario, con conseguenti sprechi energetici e soprattutto rischio di sovraprotezione e di danneggiamento dei rivestimenti.

Inoltre, l’aumento delle interferenze nel terreno – dovute a correnti vaganti, linee ferroviarie elettriche, impianti industriali o elettrodotti – ha reso il potenziale ON sempre meno affidabile come unico parametro di riferimento, o quantomeno notevolmente più complicato da interpretare.

Smart CP Management nasce per superare questi limiti. Si tratta di una piattaforma di gestione centralizzata e intelligente che controlla in modo continuo e dinamico tutti i componenti del sistema di protezione catodica: alimentatori, punti di misura, elettrodi, e dispositivi di telecontrollo. Il suo obiettivo è duplice: mantenere stabile il potenziale di protezione IR-free e ottimizzare la corrente di uscita degli alimentatori, evitando sprechi e disfunzioni.

Tra le tecnologie chiave del sistema:

  • RDU (Remote Datalogger Unit) installate in ogni punto critico della rete, in grado sia di funzionare come datalogger remoto, sia di trasmettere in tempo reale le misure del potenziale On e IR-free.
  • Alimentatori intelligenti, capaci di lavorare in una nuova modalità automatica basata sul potenziale IR-free.
  • Controllo remoto degli alimentatori, con possibilità di modificare i parametri di funzionamento da una piattaforma centrale.
  • Algoritmi adattivi che analizzano i dati storici, la stagionalità, le condizioni ambientali e lo stato della rete per anticipare e risolvere problemi prima che si manifestino.

Cuore di Smart CP Management è la nuova generazione di alimentatori intelligenti sviluppati da AUTOMA, capaci non solo di funzionare nelle modalità tradizionali, ma anche di lavorare sulla base del potenziale IR-free. Collegati a un coupon, questi alimentatori misurano costantemente il potenziale reale della struttura e adattano la corrente erogata per mantenerlo stabile.

Tutto questo è reso possibile grazie a una piattaforma digitale che integra analisi dei dati, algoritmi predittivi e controllo remoto.

Non solo: attualmente gli alimentatori in modalità di funzionamento automatico basano la loro regolazione su un feedback locale, ma devono garantire una protezione efficace su tutta l’estensione della struttura protetta. Per questo motivo la possibilità di identificare il punto più critico (o i punti) della rete, equipaggiarlo con una RDU che consenta una comunicazione più frequente nel corso della giornata e collegare questo punto all’alimentatore in modo che questo funzioni e vari la sua erogazione di corrente sulla base delle misure effettuate dal punto critico, apre un’opportunità completamente nuova e molto più smart per gestire la protezione catodica: la possibilità di garantire in ogni momento una protezione efficace di tutta la struttura da proteggere, erogando allo stesso tempo la corrente minima necessaria per raggiungere tale scopo.

Configurazioni scalabili e algoritmi intelligenti

Smart CP Management è estremamente flessibile e può essere configurato in diversi modi, a seconda della complessità dell’infrastruttura (numero di alimentatori e punti di riferimento critici identificati):

  • Uno a uno: un alimentatore controllato da un punto di misura remoto.
  • Uno a molti: un alimentatore controllato da più punti critici, con un algoritmo che identifica il punto dominante per la regolazione.
  • Molti a molti: più alimentatori interagiscono con una rete di punti di misura, con un bilanciamento intelligente delle correnti.

Due sono gli approcci principali degli algoritmi di controllo:

  1. Time-based: la piattaforma interroga i dispositivi a intervalli regolari e regola gli alimentatori in base alle soglie predefinite.
  2. Event-driven: ogni punto di misura comunica attivamente alla piattaforma quando rileva una deviazione significativa, innescando un intervento immediato.

Benefici concreti

L’introduzione di Smart CP Management comporta vantaggi tangibili:

  • Riduzione dei consumi energetici, grazie a una regolazione più precisa della corrente.
  • Maggiore durata degli anodi, evitando condizioni di sovraprotezione, e in generale di erogare più corrente di quella necessaria.
  • Prevenzione proattiva della corrosione, grazie alla visione in tempo reale dello stato della rete.
  • Minori costi di manutenzione, con interventi mirati e basati sui dati.
  • Maggiore sostenibilità dell’intero sistema infrastrutturale.

Le prime applicazioni sul campo confermano l’efficacia dell’approccio. Smart CP Management non è solo una naturale evoluzione tecnologica, ma un vero cambio di paradigma: da una protezione statica e reattiva a una gestione intelligente, predittiva e adattiva delle infrastrutture critiche.

AUTOMA progetta e produce soluzioni hardware e software innovative e Made in Italy per il monitoraggio e il controllo remoto in ambito Oil, Gas e Water.

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Case study i vantaggi del controllo dinamico della pressione per l’iniezione di biometano

Case study: i vantaggi del controllo dinamico della pressione per l’iniezione di biometano

Con la preziosa collaborazione di Lluís Castaño, Product Manager di Kromschroeder, S.A. (partner Automa in Spagna)

Il biometano rappresenta una risorsa chiave per la transizione energetica, ma la sua immissione nelle reti di distribuzione comporta sfide operative e tecnologiche legate alla pressione e alla continuità del servizio. Infatti, prima di essere immesso, il biometano deve soddisfare rigorosi standard in materia di qualità del gas, misurazione, trattamento, regolazione della pressione e odorizzazione.

Queste sfide richiedono soluzioni innovative. AUTOMA ha per questo sviluppato alcuni algoritmi specifici per il suo sistema GOLEM per la regolazione dinamica della pressione del gas in rete. Il principale campo di applicazione di GOLEM è infatti la gestione delle reti del gas naturale, ma grazie a nuovi algoritmi sviluppati è possibile applicare il sistema anche al settore del biometano con l’obiettivo di iniettare il biometano all’interno delle reti di distribuzione regolando dinamicamente la pressione del gas naturale in rete.

Il biometano e le reti di distribuzione

La produzione di biometano parte dai rifiuti prodotti dalle attività umane, come rifiuti solidi, liquami, scarti zootecnici e forestali. Quando il biogas rimane nell’impianto di trattamento dei rifiuti, non è consigliabile rilasciarlo nell’atmosfera perché produce effetti molto dannosi, come l’effetto serra.

Questo gas combustibile può essere trattato nell’impianto stesso tramite generatori di energia elettrica per produrre elettricità e, se disponiamo di una rete elettrica nelle vicinanze, possiamo immettere l’elettricità nella rete.

E nel caso in cui non si disponga di una rete elettrica in prossimità? Ciò che possiamo fare con il gas in eccesso è raggiungere un accordo con le società di distribuzione del gas per immettere il biogas nelle loro reti di distribuzione del gas.

Questo può essere fatto solo a condizione che tale gas sia trattato per essere intercambiabile con il metano presente nella rete, grazie a un processo che si chiama upgrading: il biogas può essere considerato biometano e quindi venire immesso nella rete di distribuzione del gas.

Una rete di distribuzione del gas ha un certo volume costante. In qualsiasi punto della rete può esserci un consumo, mentre in uno o più punti della rete viene iniettato gas per cercare di mantenere una pressione definita dal set point dei regolatori di pressione nei punti di iniezione. In condizioni stazionarie si verifica un equilibrio tra le portate nei punti di iniezione e le portate nei punti di consumo. Il risultato è una pressione costante.

Le criticità delle reti di biometano

La maggior parte dei punti di immissione del biometano è caratterizzata da tubazioni di piccolo diametro e da un volume di gas disponibile non molto elevato e dipendente dalla capacità produttiva, soggetto a fluttuazioni giornaliere e stagionali. Dato che nei punti di produzione di biometano a bassa capacità il flusso è molto limitato, possono verificarsi funzionamenti anomali dei regolatori di pressione pneumatici tradizionali.

In sostanza, le principali criticità individuate sono quattro:

  1. Riduzione della produzione: una diminuzione della produzione può abbassare la pressione, compromettendo l’iniezione continua di biometano nella rete.
  2. Interruzione del servizio: a volte, l’interruzione del servizio è causata da guasti al sistema di upgrading, che non è in grado di mantenere una pressione sufficiente o di fornire gas di qualità costante.
  3. Sovrapproduzione di biometano: un aumento della produzione rispetto ai limiti operativi può compromettere la sicurezza della rete e/o i termini contrattuali tra produttore e operatore.
  4. Sovrappressione della rete: un aumento temporaneo e spontaneo della pressione della rete può causare l’interruzione dell’immissione.

Il funzionamento normale di un regolatore di pressione consiste nell’aprirsi quando è necessario raggiungere un determinato punto di pressione in base al suo set point. Se tale valore non viene raggiunto, il regolatore si apre al massimo, consumando in pochissimo tempo la quantità di biometano disponibile, se limitata dalla capacità dell’impianto di biogas. Man mano che la quantità disponibile di biometano viene consumata, si verifica una rapida depressurizzazione del sistema di produzione. L’effetto immediato può essere la sospensione dell’iniezione di biometano.

La causa di tutti questi problemi è il modo in cui funzionano i regolatori di pressione statica. In questo contesto, la capacità di regolare dinamicamente la pressione a monte del regolatore diventa una funzione strategica per garantire continuità e qualità del servizio.

La soluzione Automa: la tecnologia GOLEM per la gestione dinamica dell’iniezione di biometano

In questo specifico caso che stiamo illustrando, abbiamo realizzato un adattamento di GOLEM alle esigenze operative di un’azienda di distribuzione del gas che ha richiesto una soluzione per la regolazione dell’iniezione di biometano in una rete di distribuzione. GOLEM di AUTOMA consente una gestione dinamica dell’iniezione di biometano, migliorando la continuità del servizio e riducendo i rischi operativi.

La tecnologia GOLEM è basata su un servomeccanismo di accoppiamento meccanico che interagisce direttamente con i piloti dei regolatori di pressione, supportata da un sistema elettronico avanzato. Grazie all’intelligenza incorporata nel sistema, GOLEM può operare in modalità autonoma, riducendo la necessità di interventi manuali. Il sistema è applicabile a qualsiasi modello di regolatore e può essere facilmente integrato nelle reti esistenti grazie ad adattatori progettati su misura.

Le caratteristiche del sistema GOLEM sono rappresentate da quattro tipi di modulazione della pressione e del flusso:

  • La modulazione della pressione è la capacità di variare e mantenere la pressione, in base al set point.
  • La limitazione del flusso è la capacità di mantenere la portata al di sotto di un certo valore massimo, ma fornendo sempre il valore di pressione massimo possibile.
  • È possibile una programmazione settimanale dei valori di pressione per fasce orarie, ad esempio di notte la pressione è inferiore rispetto al giorno.
  • È possibile compensare la portata applicando valori di pressione a una porzione di una portata massima data.

Quando al sistema viene assegnata una pressione target superiore o inferiore alla pressione iniziale letta dal sistema, viene avviato un algoritmo con un tempo di analisi delle condizioni. Quando è necessario aumentare o diminuire la pressione, viene avviato un movimento motorio. Il periodo durante il quale il motore si muove è rigorosamente controllato per garantire la quantità di movimento effettivamente richiesta, osservando e analizzando le variazioni di pressione e portata. Viene quindi applicato un movimento necessario, positivo o negativo, per aumentare o diminuire la pressione e raggiungere l’obiettivo prefissato per il sistema.

Questo approccio graduale porterà prima o poi al raggiungimento o addirittura al superamento della pressione target. Se nella successiva analisi viene superata la pressione target, si decide di eseguire una contromossa per un tempo pari alla metà del tempo precedente. Questa correzione progressiva del movimento della vite di controllo termina quando il bersaglio viene raggiunto entro una tolleranza data. La stessa logica dell’algoritmo viene applicata per mantenere una restrizione del flusso al di sotto di un valore massimo e cercando sempre di mantenere la massima pressione possibile.

Il sistema GOLEM esamina la portata e la pressione. Se la portata è sufficientemente elevata, ma comunque entro l’intervallo di sicurezza, il sistema deciderà di aprire il regolatore e di erogare quella quantità di gas. In questo modo la portata che avevamo tenderà a diminuire, così come la pressione in ingresso. Quando il sistema GOLEM, analizzando continuamente questi parametri, verifica che la pressione si sta avvicinando a un valore molto prossimo alla pressione di rete, chiuderà il trasporto del gas per evitare il rischio di interruzione del flusso di gas e di rimandare quindi il biometano al serbatoio di stoccaggio del sistema di upgrading (condizione di sovrappressione).

Non appena la portata diventa pericolosamente bassa e si avvicina al limite inferiore, il sistema GOLEM riduce il flusso del gas per recuperare sia la portata sia la pressione. Ad un certo punto si dovrebbe raggiungere un flusso costante.

I risultati della soluzione Automa

Grazie all’implementazione di GOLEM per la regolazione dell’iniezione di biometano nella rete di distribuzione gestita dal nostro cliente, la gestione dinamica del flusso ha mantenuto le pressioni entro il range operativo anche in caso di fluttuazioni improvvise della produzione, migliorando la stabilità complessiva della rete.

 Sono stati quindi raggiunti importanti risultati:

  • Riduzione delle interruzioni di iniezione causate da cadute di pressione.
  • Gestione ottimizzata della sovrapproduzione di biometano.
  • Maggiore resilienza della rete nelle operazioni di fornitura di biometano.

Si apre così la strada a una gestione più sicura, efficiente e sostenibile della risorsa biometano.

Come è stato possibile raggiungere questi risultati? AUTOMA è attiva dal 1987 nello sviluppo di soluzioni hardware e software peril monitoraggio e il controllo remoto delle reti di trasporto e distribuzione del gas, funzionali alla loro gestione operativa.

La ricerca e lo sviluppo di soluzioni sempre più performanti e innovative è il nostro impegno quotidiano. Ad oggi, oltre 50.000 dispositivi Automa sono installati in più di 40 Paesi nel mondo.

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Ridurre le emissioni in atmosfera agendo sulle pressioni di esercizio delle reti

Progetto 404: ridurre le emissioni in atmosfera agendo sulle pressioni di esercizio delle reti

Le normative europee hanno fissato il traguardo delle emissioni zero di gas climalteranti, come il metano, entro il 2050. Per rispettare queste indicazioni e per raggiungere quindi gli obiettivi di sostenibilità stabiliti, è assolutamente necessario perseguire concretamente gli obiettivi di transizione energetica utilizzando soluzioni tecnologicamente avanzate per minimizzare progressivamente le perdite di gas sulle reti di trasporto e distribuzione. Le dispersioni sono fisiologiche (ad esempio derivano da tubazioni e giunzioni), ma hanno comunque un impatto rilevante: basti pensare che si parla di perdite che possono arrivare a pressioni di 4 o anche 5 bar per 365 giorni all’anno.

Ridurre le emissioni di gas naturale nell’atmosfera e ottimizzare la gestione delle pressioni di esercizio nelle reti del gas: è questo l’obiettivo, chiaro e ambizioso, da cui è nato il Progetto 404, che il team AUTOMA sta portando avanti in sinergia con 2i Rete Gas, società del Gruppo Italgas.

Avviato nel 2024 e promosso dall’Autorità di Regolazione per Energia Reti e ambiente ARERA, il Progetto 404 si inserisce all’interno della Delibera 404/2023/R/gas di ARERA, “Avvio di un procedimento per la definizione di misure volte alla riduzione delle emissioni fuggitive di metano nel settore della distribuzione del gas naturale“.

In sintesi, la Delibera 404/2023/R/gas ha l’obiettivo di:

  • Definire strumenti e misure per ridurre le emissioni fuggitive di metano nelle reti di distribuzione del gas naturale.
  • Stabilire modalità di monitoraggio, contabilizzazione e rendicontazione di tali emissioni.
  • Promuovere l’adozione di tecnologie e pratiche innovative volte alla sostenibilità ambientale e alla sicurezza delle infrastrutture.

L’idea centrale alla base del Progetto 404 è fortemente innovativa e ambiziosa: implementare l’adozione di tecnologie avanzate per modulare dinamicamente la pressione nelle reti del gas, riducendola automaticamente in real-time nei periodi di minore consumo.

Per la realizzazione del Progetto, AUTOMA ha impiegato il sistema GOLEM, una soluzione tecnologica all’avanguardia per il controllo intelligente delle pressioni.

Questa applicazione del sistema GOLEM introduce un approccio alla gestione dinamica della pressione ancora poco diffuso non solo in Italia, ma anche a livello internazionale.

La soluzione AUTOMA: la tecnologia GOLEM applicata ai sistemi di controllo della pressione sulle cabine RE.MI.

Il sistema GOLEM di AUTOMA, applicato ai sistemi di controllo della pressione nelle cabine RE.MI., rivoluziona il tradizionale approccio statico alla regolazione della pressione. A differenza dei metodi convenzionali, che mantengono una pressione costante basata sul massimo fabbisogno annuale dell’impianto, GOLEM modula la pressione in modo dinamico in funzione della domanda reale della rete. Questo permette di raggiungere i livelli di pressione più elevati solo quando effettivamente necessario, abbassando significativamente la pressione media di esercizio e, di conseguenza, riducendo le emissioni fuggitive.

Inoltre, va ricordato che l’installazione di GOLEM è di tipo Plug&Play, infatti non richiede interventi significativi sulla parte meccanica e pneumatica del sistema. Non è necessario modificare la meccanica e la parte pneumatica esistente del regolatore di pressione, è sufficiente installare il golem sul pilota grazie alle staffe di supporto progettate ad hoc. Il processo di installazione di GOLEM è di conseguenza rapido, semplice e a basso impatto operativo.

Questa semplicità di integrazione ha permesso l’adozione del sistema all’interno del Progetto 404, dove, dopo una prima fase di test in laboratorio, GOLEM è stato implementato sul campo, dimostrando la propria efficacia senza compromettere la continuità del servizio.

Il Progetto ha previsto l’installazione del sistema GOLEM su una configurazione complessa rappresentata da due cabine RE.MI. interconnesse al servizio del medesimo impianto

In questo contesto, il sistema opera attraverso due algoritmi che agiscono in parallelo per garantire una gestione intelligente e stabile delle cabine.

L’obiettivo finale è l’automazione completa del sistema, con l’ausilio di un software predittivo in grado di anticipare la domanda di gas della rete.

Questo condurrà a una gestione della distribuzione del gas ottimale e in sicurezza.

Come funziona la regolazione dinamica applicata al progetto 404

L’eccezionalità del progetto sta nella possibilità di far “parlare” tra loro due cabine senza la necessità di avere alcun collegamento fisico tra di loro. Infatti, le cabine comunicano tra di loro e operano in modo autonomo.

Per comprendere meglio il contesto operativo, è utile distinguere tra le diverse tipologie di cabine RE.MI.: quelle “ad antenna”, tipicamente destinate ad alimentare aree circoscritte come un quartiere o piccoli comuni, e quelle “magliate”, integrate in reti più complesse, in grado di servire zone urbane più estese e articolate.

Nel Progetto 404 la regolazione dinamica della pressione è realizzata su due cabine “magliate”, rispettivamente:

  • Cabina Primaria: rappresenta la cabina principale che imposta e controlla la pressione della rete. Nelle reti magliate esiste una Cabina Primaria, mentre nelle reti ad antenna ogni cabina opera come Primaria.
  • Cabina Secondaria: rappresenta la cabina di supporto che modula la portata di gas erogata in base ai parametri rilevati. In una rete magliata possono coesistere più Cabine Secondarie.

Entrambe le tipologie di cabina analizzano autonomamente i parametri rilevati dalla rete, come la pressione e la portata, e agiscono in modo indipendente.Sebbene le due cabine seguano due algoritmi differenti, entrambe leggono i medesimi parametri di rete e questo permette loro di collaborare e creare un unico “organismo” di regolazione.

Come si può osservare dal grafico, prima dell’installazione dello Smart Regulator si verifica una condizione di staticità. La pressione rimane costante, mantenendosi al livello corrispondente al fabbisogno massimo dell’impianto.

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Il Progetto 404 si sviluppa attraverso tre fasi principali:

Fase 1

La prima fase (già conclusa) ha previsto l’applicazione della regolazione dinamica in fasce orarie definite, modulando la pressione in base alla domanda effettiva di gas. Lo scopo era validare il concetto di riduzione della pressione nei periodi di basso consumo, come nelle ore notturne.  Nel seguente grafico è riportato l’andamento della pressione nelle 24 ore, che varia dai 4 bar mantenuti durante il giorno ai 2 bar nelle ore notturne.

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Fase 2

La seconda fase rende partecipi due cabine in una rete magliata e prevede che siano in grado di operare adattandosi in tempo reale alle variazioni della rete, grazie a un algoritmo intelligente capace di rispondere rapidamente alle diverse condizioni operative. Questa fase è già stata collaudata ed è attualmente operativa in diverse cabine su tutto il territorio italiano, dimostrando l’affidabilità e la solidità della soluzione. Il seguente grafico mostra come la pressione venga mantenuta tra i 2 e i 2,5 bar per gran parte della giornata, aumentando soltanto intorno alle 20:00, in corrispondenza del picco di domanda da parte delle utenze.

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Un elemento particolarmente significativo nel funzionamento del sistema è il modo in cui la cabina secondaria, pur operando con una logica di regolazione autonoma, contribuisce attivamente al mantenimento dell’equilibrio complessivo della rete. La sua capacità di adattarsi alla pressione impostata dalla cabina primaria e di modulare dinamicamente la portata in funzione di fasce orarie configurabili consente di evitare situazioni critiche, come l’inversione dei ruoli tra le due cabine.

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Figura 1 – Verde pressione, blu portata

Questo comportamento collaborativo si traduce in un bilanciamento continuo tra le portate erogate: quando la cabina primaria riduce il proprio contributo, la secondaria aumenta in modo complementare, e viceversa. Il risultato è una risposta quasi istantanea alle variazioni della rete, che assicura la stabilità del sistema e una gestione intelligente e distribuita dei flussi.

Nel seguente grafico si può vedere in modo chiaro come le due cabine interagiscano: la curva della cabina secondaria si alza esattamente nei momenti in cui quella della primaria scende, dimostrando un’efficace compensazione tra i due nodi. Un ulteriore grafico, che mostra la sola cabina secondaria, permette invece di apprezzare il comportamento specifico del singolo elemento all’interno del sistema.

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Figura 2 – Verde pressione, arancione portata cabina primaria, blu portata cabina secondaria

Fase 3

La terza fase prevede l’integrazione di un algoritmo predittivo basato su intelligenza artificiale, in grado di stimare la domanda e la portata di gas per le giornate successive, ottimizzando ulteriormente l’efficienza del sistema.

Cosa ci si attende una volta implementati tutti e tre gli step del Progetto 404?

Di far diminuire in modo significativo le perdite di gas, contribuendo di conseguenza attivamente alla riduzione delle emissioni in atmosfera. Sebbene il Progetto sia ancora in fase di test, i primi risultati sono estremamente promettenti.

Con il via libera delle autorità competenti, questa metodologia potrebbe diventare un nuovo standard normativo.Grazie a questa innovazione, AUTOMA e 2i Rete Gas, società del Gruppo Italgas, stanno tracciando un percorso verso una gestione più efficiente e sostenibile delle reti del gas, dimostrando che la transizione ecologica è possibile attraverso soluzioni tecnologiche intelligenti e all’avanguardia.

AUTOMA è attiva dal 1987 nello sviluppo di soluzioni hardware e software peril monitoraggio e il controllo remoto delle reti di trasporto e distribuzione del gas, funzionali alla loro gestione operativa. Ad oggi, oltre 50.000 dispositivi AUTOMA sono installati in più di 40 Paesi nel mondo.

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Regolazione automatica e rispetto della rangeability delle portate di gas un case study

Regolazione automatica e rispetto della rangeability delle portate di gas: un case study

Garantire portate di gas sempre all’interno della rangeability del contatore agendo sulla regolazione automatica del valore di pressione: in questo articolo vi raccontiamo la sfida vinta dalla tecnologia GOLEM di AUTOMA con l’installazione su una RE.MI. al servizio di una rete di distribuzione del gas ad antenna.

Un progetto che assicura il rispetto della delibera 512/2021/R/gas, emanata dall’Autorità di Regolazione per Energia Reti e Ambiente (ARERA), che impone il mantenimento del flusso di gas entro i limiti consentiti dal range di misurazione del contatore e che, di conseguenza, richiede un monitoraggio accurato e un controllo adeguato del flusso.

La soluzione Automa: la tecnologia GOLEM applicata al controllo di portata

La tecnologia GOLEM, che si caratterizza per la capacità di rendere dinamica e automatica la regolazione della pressione del gas senza richiedere modifiche sostanziali agli impianti esistenti, si basa su un servomeccanismo ad accoppiamento meccanico che gestisce la vite di regolazione del regolatore e lo rende controllabile.

Grazie a questa innovativa tecnologia di adattamento, il Sistema può essere applicato su qualsiasi regolatore di pressione, pilotato o ad azione diretta, con un semplice intervento di retrofit. Una soluzione che può essere adattata e implementata con prontezza, e che ha contribuito alla scelta di GOLEM da parte del nostro cliente.

In questo specifico caso, la logica di funzionamento del Sistema GOLEM è stata modificata per permettergli di mantenere le portate di esercizio all’interno della corretta rangeability per la quale è stato progettato il contatore.

Non potendo influenzare direttamente la richiesta di gas dell’impianto – essendo questa determinata dal prelievo a valle –, il Sistema interviene direttamente sulla pressione di rete, modificandola per adeguare la portata in metri cubi alla rangeability del contatore. Nello specifico, abbassando la pressione si abbassa la portata in metri cubi e viceversa. Questa capacità di regolare direttamente la pressione nella cabina RE.MI. consente, di fatto, un controllo diretto sulla portata in metri cubi al contatore.

Inoltre, la logica di funzionamento del GOLEM è stata ottimizzata per permettere il controllo di portata simultaneamente alla gestione di un profilo di pressione oraria. Nello specifico, la pressione viene diminuita durante le ore notturne e poi riportata ai range desiderati durante il giorno, con una conseguente importante riduzione delle emissioni fuggitive. 

Inoltre, per garantire la sicurezza e la continuità del servizio del Sistema, oltre alle logiche algoritmiche interne di GOLEM, sono presenti dei fine corsa meccanici che monitorano costantemente la pressione assicurando che non oltrepassi le soglie impostate. I fine corsa meccanici offrono una sicurezza aggiuntiva rispetto alle sole logiche algoritmiche, proteggendo da eventuali anomalie di sistema. Infatti, quando si raggiunge un fine corsa, il sistema si arresta e riporta la pressione alla sua origine.

I risultati ottenuti grazie a GOLEM di AUTOMA

L’implementazione di GOLEM può essere definita Plug&Play, in quanto non richiede interventi significativi sulla parte meccanica e pneumatica del sistema. Non è necessario modificare le pressioni delle motorizzazioni o rivedere i collegamenti esistenti, cosa che semplifica notevolmente il processo di installazione, e quindi la successiva conduzione e manutenzione dell’impianto. Questo è stato un primo, importantissimo vantaggio per il nostro cliente.

Fin dai primi mesi di attività, a seguito della fase di tuning in cui il Sistema è stato tarato, l’implementazione di GOLEM sulle cabine RE.MI. ha permesso di:

  •  ottenere un’importante riduzione delle misurazioni fuori soglia
  •  efficientare di conseguenza il sistema di misura
  •  diminuire notevolmente le sanzioni economiche per le misure fuori soglia
  •  ridurre in modo significativo le emissioni fuggitive.

Anche la manutenzione del Sistema è risultata estremamente semplice da gestire per il nostro cliente. Con una semplice azione su una vite, è possibile infatti regolare manualmente il pilota del regolatore, oppure rimuovere il servomotore e ripristinare l’impianto di riduzione alla sua configurazione originale in circa 10 secondi. Questo facilita notevolmente il lavoro dei manutentori, permettendo loro di intervenire sul regolatore di pressione, i piloti, i monitor e altri componenti della cabina RE.MI. per effettuare gli interventi manutentivi in piena conformità alle normative vigenti.

L’implementazione di GOLEM in questo progetto ha prodotto risultati estremamente soddisfacenti per il nostro cliente, migliorando anche l’efficienza operativa.

Con la soluzione AUTOMA è possibile beneficiare di un incremento immediato in efficienza e precisione della regolazione della pressione, con conseguente riduzione delle perdite di gas e dei costi operativi. Inoltre, grazie a GOLEM, il sistema è in grado di ridurre le inefficienze legate alle variazioni di domanda e offerta di gas. Nell’ottica di una possibile integrazione delle fonti rinnovabili, GOLEM è progettato per gestire anche l’iniezione di biometano all’interno delle reti del gas naturale, a differenza di molte altre soluzioni sul mercato.

AUTOMA è attiva dal 1987 nello sviluppo di soluzioni hardware e software per il monitoraggio e il controllo remoto delle reti di trasporto e distribuzione del gas, funzionali alla loro gestione operativa. Ad oggi, oltre 50.000 dispositivi Automa sono installati in più di 40 Paesi nel mondo.

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