Sistema Avanzato di Manutenzione Prognostica per l’Energia

SAMPLE in breve

Gestione e resilienza di infrastrutture di produzione di energia da Fonti Rinnovabili Non Programmabili (FRNP)

Il progetto SAMPLE mira a studiare, elaborare e validare una soluzione per la gestione e la resilienza di infrastrutture critiche dedicate alla produzione di energia da Fonti Rinnovabili Non Programmabili (FRNP), con particolare riferimento alla generazione da impianti fotovoltaici e alla loro interconnessione con le reti elettriche.

La prima fase del progetto consiste nell’analisi degli scenari di applicazione della manutenzione predittiva finalizzata a garantire la continuità e qualità della generazione da FRNP, in particolare per ciò che riguarda la disponibilità e la qualità dei dati da raccogliere, la rappresentazione dei dati con modelli di simulazione e l’individuazione di misure (KPI)per la verifica dell’efficacia della soluzione.

Successivamente sarà realizzata la piattaforma per la gestione della diagnostica e prevenzione delle anomalie dell’impianto fotovoltaico. La piattaforma è basata sull’acquisizione e aggregazione intelligente di dati provenienti da sorgenti eterogenee e sullo sviluppo di funzioni di simulazione del comportamento atteso degli impianti integrate con sistemi di imaging per il monitoraggio fisico degli impianti con droni. L’efficacia della piattaforma sarà validata in ambiente simulato a partire da una base di osservazioni e dati storici raccolti sugli impianti del nodo infrastrutturale del Campus di Savona di UNIGE (infrastrutture di ricerca codificate a livello Regionale e Nazionale: Smart Polygeneration Microgrid e Smart Building) e su impianti di ACEA.

Infine, sulla base delle attività svolte precedentemente ed in particolare delle evidenze raccolte, si procederà con un'analisi dei KPI per verificare l’efficacia di quanto realizzato. Il risultato che si vuole ottenere è la validazione delle tecnologie e delle funzionalità utilizzate in riferimento ai grandi impianti dove ACEA fornirà dati e validerà il processo per verificare il grado di completezza delle soluzioni per una possibile introduzione sul mercato.

Obiettivi

OBIETTIVO GENERALE DEL PROGETTO

Nello specifico, SAMPLE realizzerà i seguenti obiettivi:

OS1 - Una piattaforma Diagnostica di Performance Evaluation e di Anomaly Detection applicabile a diversi scenari e basata su paradigmi complementari Il primo incentrato su AI utilizza modelli predittivi e algoritmi di Machine Learning per valutare lo stato di funzionamento di un impianto sulla base dei dati rilevati da sensori. Il secondo basato sull’integrazione di sistemi di monitoraggio evoluti - comprendenti anche analisi termografiche con droni - confronta dati dell'impianto con i valori di rendimento previsti e storici per identificare derive sistematiche e malfunzionamenti fisici non corrispondenti a modelli predefiniti.

OS2 - Una piattaforma Prognostica per abilitare un controllo predittivo (Predictive Maintenance) a garanzia della resilienza del sistema tramite previsione dell’evoluzione del suo stato. Il controllo è inteso come azione volta a prevenire, eliminare o limitare un impatto, data una situazione identificata come anomala (OS1). Si utilizzano modelli di AI e di supporto alla decisione basati su regole per il controllo del rischio.

OS3 - Applicazione della piattaforma a diversi ambiti di intervento. La piattaforma verrà architettata modularmente identificando componenti logici nel processo di anomaly detection, risk evaluation, predictive maintenance e decision support. I corrispondenti componenti tecnici saranno predisposti per apprendere ed eseguire algoritmi differenti e specifici per ogni dominio. In questo modo la piattaforma potrà essere applicabile a contesti anche molto difformi tra loro.

OS4 - Sperimentazione e Validazione dei benefici su Casi d’Uso relativi a Manutenzione di Impianti Fotovoltaici. La piattaforma viene specializzata e validata implementando use case specifici e sperimentandoli sul campo. Il dettaglio dei casi d’uso verrà definito nel corso del progetto ma già ora possiamo anticipare i probabili ambiti di applicazione:

Performance Assessment: analisi basate sul calcolo del rendimento dell’impianto, confrontando simulazioni, modelli previsionali e produzioni effettive.

Predictive Maintenance: le stringhe di pannelli fotovoltaici sono collegati a uno o più inverter. I pannelli sono di norma garantiti a 20-25 anni mentre gli inverter sono garantiti a 5-10 anni. L'inverter è quindi uno dei componenti importanti e critici del sistema. Può essere soggetto a diverse problematiche (ad esempio il surriscaldamento). Sulla base dei risultati delle analisi di performance dell’impianto si procede a effettuare analisi di efficienza dell’inverter in combinazione con delle tecniche di “Short-Term Fault Prediction” al fine di valutare il rischio di guasto nel futuro prossimo.

Infrastructure Analysis: si configurano algoritmi di analisi che sfruttando riprese termografiche con droni permetteranno l’identificazione di alterazioni strutturali e difetti nell’impianto permettendo interventi preventivi evitando che danni all’infrastruttura e malfunzionamenti creino dei disservizi nella generazione dell’energia. Il progetto si caratterizza per l’utilizzo dei software e delle infrastrutture di ricerca in ambito energetico presso il Campus di Savona. Si può infatti contare su un sistema di gestione dell’energia che permette di avere a disposizione dati in tempo reale oltre che di pannelli fotovoltaici connessi a una microrete poligenerativa.

TECNOLOGIE ABILITANTI

SAMPLE si avvarrà di una serie di tecnologie abilitanti complementari ad alto valore aggiunto.

Intelligenza artificiale e machine learning

Internet of Things

Big Data analytics

Modellazione e simulazione

Automazione e controllo automatico

Analisi video e immagini

PROSPETTIVE DI MERCATO

SAMPLE porrà le basi di un sistema aperto, flessibile e interoperabile per la resilienza e della continuità operazionale di impianti di produzione di energia.

Implementerà a questo scopo un primo insieme di servizi indirizzati agli impianti fotovoltaici. Nel settore del fotovoltaico è prevista nei prossimi anni una importante crescita trainata dalle iniziative legate agli obiettivi del PNIEC. Già nel primo semestre 2020 le nuove installazioni sono aumentate del 12% e, nel biennio 2021/22 il otovoltaico guiderà la crescita di tutte le energie rinnovabili (ENEA, ‘Renewables 2020’ IEA). Ci sarà quindi un aumento di asset da monitorare e ai quali fornire assistenza garantendo la più ampia continuità operativa possibile ed un’ottimizzazione degli interventi di riparazione. Le società energetiche dovranno fare ricorso a strumenti automatici per la valutazione dello stato di salute degli impianti e per il supporto alla pianificazione delle manutenzioni. Fondamentali per questo scopo saranno le tecnologie informatiche avanzate di data analytics e data driven forecasting derivanti dall’Intelligenza Artificiale.

PROSPETTIVE DI RICADUTE

SAMPLE ha l’obiettivo di sviluppare un prodotto applicabile in ambito operativo dopo una breve fase di industrializzazione post progetto.

Il piano industriale di MAPS 2021-2023 prevede importanti investimenti per lo sviluppo di una nuova linea di offerta dedicata al mercato Energia (Intelligent Energy Management) con prospettiva di ricavi in crescita strutturale di circa il 70% anno su anno nel triennio. algoWatt ritiene strategico acquisire know-how per migliorare la preparazione e qualità del personale interno su tematiche relative alla parte di prognostica e applicazione di algoritmi di AI per la gestione delle anomalie degli asset. ACEA ha l’obiettivo di ottenere tecnologie e soluzioni per migliorare la gestione degli impianti gestiti riducendo i costi operativi, ma soprattutto garantendo resilienza e maggiore produttività. UNIGE ritiene fondamentale avviare un processo di manutenzione predittiva associata a modelli di simulazione.

ESPERIENZE E COMPETENZE DEL GRUPPO DI LAVORO IN RELAZIONE ALLE ATTIVITA' PROGETTUALI

MAPS è una PMI Innovativa attiva nel settore della Digital Transformation. Fornisce soluzioni software proprietarie per il supporto alle decisioni. In ambito Energy assomma diverse esperienze nella realizzazione di piattaforme di servizi per la gestione e la resilienza di infrastrutture critiche di produzione: ROSE PredMan per diagnostica e prognostica sugli interruttori di protezione di media tensione presenti nelle sottostazioni primarie; ROSE Flex per il monitoraggio e gestione di microgrid; Pick-Up per il monitoraggio dei parametri elettrici e termici degli asset a scopo efficientamento energetico. Per poter mantenere la competitività che il mercato richiede l'azienda si è dotata di una unit dedicata alla ricerca e sviluppo di soluzioni (R&S) che ha come obiettivo quello di identificare i bisogni del mercato ed indirizzarli con soluzioni tecnologiche innovative. A SAMPLE prenderanno parte principalmente risorse di R&S, integrate da sviluppatori provenienti dalle unit operative.

algoWatt è leader nello sviluppo di soluzioni e sistemi per la filiera dell’energia, con specifica competenza in ambito: Produzione, Trasmissione/Distribuzione, Billing & Trading, Efficienza Energetica, Smart Grid, e servizi di O&M di grandi impianti FV. E’ attiva nello sviluppo di sw per la generazione distribuita, in particolare alimentata da FRNP. Ha competenze nella definizione di: Sistemi di gestione dell’energia in grado di controllare, ed ottimizzare il funzionamento delle unità decentralizzate di produzione/consumo, Sistemi previsionali finalizzati ad analizzare analizzano carichi elettrici a breve/medio termine. Lo studio e sviluppo di nuovi prodotti viene condotto in collaborazione tra la divisione Ricerca & Innovazione e la divisione Energia.

ACEA è uno dei maggiori operatori nazionali. Possiede impianti fotovoltaici con una potenza complessiva installata di circa 45 MWp e piani di incremento a 750 MWp per il 2024. Ha una consolidata competenza nella pianificazione, gestione, e operatività di impianti di generazione da FRNP che sarà la base per gli sviluppi del progetto. Inoltre opera nella gestione di reti gas e idriche, ambito in cui le tecnologie di SAMPLE possono trovare ulteriore applicazione.

UNIGE collabora al progetto tramite il Team del Campus di Savona che da 10 anni si occupa di progetti di ricerca per sistemi energetici sostenibili. In particolare, il Team ha lavorato a progetti europei, nazionali e regionali che hanno permesso l’installazione di infrastrutture di ricerca (codificate a livello Nazionale e Regionale) per smartgrid e microgrid, nonchè lo sviluppo di sistemi di gestione dell’energia per distretti sostenibili. Con SAMPLE avvierà un percorso relativo alla gestione predittiva degli impianti esistenti, mettendo a disposizione asset della Smart Polygeneration Microgrid (SPM), nodo infrastrutturale del Competence Center START4.0 che finanzia il progetto SAMPLE.

Siti sperimentali

Una panoramica delle aree sperimentali nell'ambito del progetto SAMPLE

ACEA


Impianti fotovoltaici

CAMPUS SAVONA

Università di Genova - Smart Polygeneration Microgrid (SPM)
Nodo Infrastrutturale Centro di Competenza START4.0

Dati

Il progetto SAMPLE in numeri

3 partner industriali

MAPS, ALGOWATT, ACEA PRODUZIONE

1 partner accademico

UNIGE-DIBRIS

2 aree sperimentali

Impianti FV ACEA PRODUZIONE,
Smart Polygeneration Microgrid (UNIGE)

12 mesi di durata

Luglio 2021 - Giugno 2022

Contributo: 450.000 €

Costi: 280.000 €

Risultati

Segui le attività e le evoluzioni del progetto

Saranno resi disponibili i principali risultati di progetto, non appena rilasciati e/o pubblicati.

Consorzio

Esperienze e competenze dei diversi ruoli

Maps, in collaborazione con Algowatt, definirà ed implementerà modelli predittivi e algoritmi di Machine Learning per valutare lo stato di funzionamento di un impianto sulla base dei dati storici e rilevati (diagnostica e prognostica).

Algowatt, in collaborazione con MAPS, studierà la realizzazione della piattaforma di servizi per incrementare la resilienza di infrastrutture critiche di produzione (FRNP). Si occuperà in particolare:dell’integrazione di sistemi di monitoraggio evoluti - comprendenti anche analisi termografiche con droni - confrontando dati dell'impianto con i valori di rendimento previsti e storici per identificare derive sistematiche e malfunzionamenti fisici non corrispondenti ai modelli predefiniti. Svolgerà inoltre una validazione dei benefici su casi d’uso relativi a manutenzione di Impianti Fotovoltaici in stretta collaborazione con Acea Produzione.

Acea Produzione metterà a disposizione delle parti: dati storici di performance tecnica di impianti fotovoltaici scelti da Acea Produzione tra quelli di sua proprietà; i dati di performance real time di impianti fotovoltaici scelti da Acea Produzione tra quelli di sua proprietà; la competenza ed esperienza in ambito fotovoltaico in modalità “best effort” e per un periodo di tempo non superiore di 12 mesi dalla data di avvio ufficiale del progetto; la disponibilità ad effettuare test, prove e/o trial in impianti fotovoltaici scelti da Acea Produzione tra quelli di sua proprietà.

UNIGE collabora al progetto tramite il Team del Campus di Savona che da 10 anni si occupa di progetti di ricerca per sistemi energetici sostenibili. In particolare, il Team ha lavorato a progetti europei, nazionali e regionali che hanno permesso l’installazione di infrastrutture di ricerca (codificate a livello Nazionale e Regionale) per smartgrid e microgrid, nonchè lo sviluppo di sistemi di gestione dell’energia per distretti sostenibili. Con SAMPLE avvierà un percorso relativo alla gestione predittiva degli impianti esistenti.

Contatti

MAPS S.p.A.

MAPS S.p.A.

Vincenzo Miceli

Project Manager

Maps

vincenzo.micelimapsgroup.it

algoWatt

algoWatt

Stefano Bianchi

R&I Manager

algoWatt

stefano.bianchialgowatt.com

ACEA PRODUZIONE S.P.A.

ACEA PRODUZIONE S.P.A.

Simone Nunzio Sammartino

Head of Solar Asset Management

ACEA PRODUZIONE S.P.A.

simonenunzio.sammartinoaceaspa.it

DIBRIS Università degli studi di Genova

DIBRIS Università degli studi di Genova

Michela Robba

Professore Associato – DIBRIS

DIBRIS Università degli studi di Genova

michela.robbaunige.it