IoT: come può migliorare la gestione dell’energia

L’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA) prevede che il consumo globale energetico aumenterà di circa il 37% entro il 2040, provocando, di conseguenza, le notevoli pressioni sulle forniture energetiche a cui stiamo assistendo già oggi. Inoltre, con l’attenzione globale alla sostenibilità e all’impatto ambientale, diventa necessario adottare nuove funzionalità, di tipo intelligente, nei sistemi che regolano la produzione, la distribuzione e il consumo dell’energia. Nello specifico, l’ambito energetico si è rivelato particolarmente adatto a numerose applicazioni afferenti al paradigma dell’Internet of Things (IoT), che consentono di integrare nei processi core-business, e nei sistemi informativi aziendali, una vasta ed eterogenea gamma di tecnologie come sensori, contatori, macchinari, unità di ricarica, trasformatori ed inverter.

Ad esempio, i produttori di petrolio e gas applicano tecnologie intelligenti per ridurre le emissioni di carbonio, migliorare l’efficienza e contribuire a garantire la sicurezza. Le società di servizi stanno invece implementando reti intelligenti che contribuiscono a soddisfare la richiesta crescente di fonti rinnovabili. I consumatori di energia stanno utilizzando tecnologie di edifici, data center e città intelligenti per aumentare l’efficienza energetica e ridurre l’impatto ambientale.

L’IoT Energy Management

Con il termine IoT Energy Management si intende il processo di pianificazione e di gestione dei modelli di consumo energetico in diversi settori: i sensori supportati dall’IoT monitorano i modelli di consumo e forniscono informazioni su aree inefficienti, permettendo di effettuare azioni correttive, anche grazie all’impiego di algoritmi di intelligenza artificiale.

Ci sono varie sfide che entrano in gioco quando si vogliano implementare soluzioni di gestione dell’energia mediante IoT, come l’integrazione della nuova connessione IoT in un sistema legacy, ma anche il rispetto di requisiti di privacy e sicurezza dei dati; tuttavia, l’IoT è destinato a diventare il motore principale dell’efficienza energetica e della sostenibilità nei prossimi anni, aprendo la strada al risparmio di un’enorme quantità di energia.

Come l’IoT può consentire il risparmio energetico

Il vantaggio economico è uno dei motivi principali per cui aziende e governi stanno esplorando le potenzialità dell’IoT per l’efficienza energetica.

La misurazione intelligente e le previsioni basate sui dati aiutano infatti, lungo la catena di approvvigionamento, a controllare meglio le spese e gli investimenti, eliminando gli sprechi.

Ma numerose altre sono le ulteriori possibilità di impiego, come ad esempio:

• per le aziende, è possibile utilizzare software di gestione dell’energia per analizzare la propria impronta di carbonio e, in caso, adottare misure correttive;
• strumenti di analisi possono anche essere utilizzati per verificare il rispetto delle normative ambientali e valutare la possibile qualifica per certificazioni, incentivi e programmi di settore;
• utilizzando sensori di monitoraggio dell’energia, dati sulle prestazioni e sul consumo di energia, le utility possono capire come massimizzare l’uso delle energie rinnovabili nelle loro offerte ed adottare di conseguenza strategie di risparmio energetico;
• mediante algoritmi di apprendimento automatico, è anche possibile prevedere futuri consumi di energia: questo permette alle utility di migliorare i loro modelli di prezzo basati sulla domanda, oppure ancora di prevedere picchi di carico ed introdurre incentivi per bilanciare la domanda stessa. Anche nei casi in cui non sia possibile applicare un approccio predittivo (come incidenti o blackout per cause naturali), i sistemi intelligenti sono ancora ampiamente utilizzati per ridurre al minimo i danni;
• smart light e sistemi HVAC (riscaldamento, ventilazione e aria condizionata), basati su sensori di nuova generazione, sono progettati per mantenere automaticamente condizioni ottimali negli spazi e ridurre consistentemente il consumo energetico. Dotati di diversi sensori (luce, movimento, umidità, livello di CO2, ecc.), questi sistemi possono regolare dinamicamente i regimi a seconda delle mutevoli condizioni ed evitare di utilizzare energia in potenziali punti di spreco;
• lo storage energetico, cioè l’insieme di tecniche e processi che consentono di immagazzinare energia, è un mercato completamente nuovo, che sta guadagnando importanza grazie alle recenti tendenze nel settore delle smart home e al ruolo crescente dell’IoT nella smart city. In generale, lo stoccaggio consente ai consumatori di mantenere l’indipendenza energetica in caso di interruzione o altri problemi sulla linea.  Inoltre, utilizzando questo sistema di stoccaggio intelligente, gli utilizzatori di fonti energetiche rinnovabili possono gestire meglio l’energia pulita che generano, controllarne gli eventuali surplus e garantire prestazioni massimizzate per la loro rete elettrica;
• un’altra applicazione dell’IoT per il risparmio energetico è focalizzata sull’ottimizzazione della fonte stessa di produzione di energia.  Il monitoraggio continuo delle condizioni delle apparecchiature e del cablaggio mediante sensori, ad esempio, previene i sovraccarichi e aiuta a mantenere un carico equilibrato sulla linea. La manutenzione predittiva garantisce la riparazione tempestiva delle apparecchiature e previene blackout, incidenti e costosi tempi di fermo. In alcuni casi, collegare centrali elettriche e soluzioni di energia rinnovabile in una rete, offre ai consumatori una visione trasparente della provenienza della loro energia. E con queste informazioni, i consumatori possono scegliere di utilizzare la fonte più pulita disponibile al momento.

L’importanza dell’Edge computing

Attraverso l’IoT, le utilities stanno cercando delle soluzioni efficaci che siano in grado di ridurre sia l’impatto ambientale che quello economico.

Nel contesto della smart energy associata all’IoT troviamo, per esempio:

• gli smart metering (contatori connessi per la misura dei consumi di elettricità, gas, acqua e calore, la loro corretta fatturazione e la telegestione),
• le smart grid (rete elettriche intelligenti per ottimizzare l’efficienza nella generazione, trasmissione e utilizzo delle risorse energetiche, gestendo produzione distribuita e mobilità elettrica),
• gli smart building (sistemi per la gestione automatica degli impianti di un edificio, come quelli per l’illuminazione e la climatizzazione, per il risparmio energetico, il confort la sicurezza dello stabile e delle persone al suo interno),
• le smart city & smart environment (sistemi per il monitoraggio e la gestione degli elementi di una città e dell’ambiente circostante con l’obiettivo di migliorarne vivibilità, sostenibilità e competitività).

Il punto in comune tra questi casi d’uso è l’edge computing. Ogni nuova fonte di energia rinnovabile, ogni pozzo petrolifero o qualunque altra risorsa energetica è una fonte di dati che deve essere integrata nella piattaforma complessiva.

L’edge computing viene utilizzato per far convergere i sistemi IT/OT, virtualizzare e consolidare i carichi di lavoro dei dispositivi e fornire la visibilità connessa e le risposte rapide che sono fondamentali per realizzare la sostenibilità.

La necessità della cybersecurity

È di vitale importanza la creazione di un sistema energetico resiliente. I danni in questo settore, infatti, non sono solo economici, ma possono diventare più pratici. Per questo, il Report del World Energy Council dal nome “Cyber challenges to the energy transition” stabilisce cinque criteri, che sono: acquisire consapevolezza della specifica situazione, agilità, rapidità di risposta, flessibilità e prevenzione.

Il tutto mettendo in atto opportune strategie e costituendo un vero e proprio osservatorio per la cybersecurity in ambito energia.

Energia, IoT e Industria 4.0

Nell’Industria 4.0, l’efficienza energetica è un requisito di cruciale importanza in termini di sostenibilità ambientale, ma anche di budget e di sicurezza su lavoro.

Una scarsa gestione dell’energia può infatti comportare spese elevate e problemi di sicurezza sul lavoro, ad esempio a causa di interruzioni di corrente provocate da macchine sovraccariche, oppure può portare a produttività ridotta per via di macchine alimentate in maniera insufficiente.

Ancora, una gestione inefficiente dell’energia può precludere la possibilità di accedere ad aiuti statali: infatti, per ricevere qualche tipo di aiuto statale, ad esempio incentivi fiscali, i produttori di molti paesi devono essere conformi a determinati standard di efficienza energetica e senza gli strumenti giusti potrebbe essere difficile, se non addirittura impossibile, soddisfare i requisiti di legge.

I produttori possono superare queste sfide e prendere decisioni più ponderate se conoscono quanta energia utilizza ciascuna macchina e che livello di alimentazione può ottimizzarne il funzionamento. Gli Energy Data Management System (EDMS) basati su dati in tempo reale di sensori e dispositivi IoT diventano quindi essenziali per garantire una digitalizzazione e uno sviluppo di successo delle smart factory.

Un EDMS può aiutare l’organizzazione in diversi modi:

• raccogliendo dati energetici da diverse fonti nell’infrastruttura, anche decentrate;
• fornendo una panoramica dei consumi energetici attraverso una interfaccia unica;
• abilitando il monitoraggio dei dati di impianti nuovi e già presenti;
• facilitando l’identificazione delle opportunità per migliorare l’efficienza degli impianti e ridurre i consumi,
• valutando le deviazioni dallo standard, in modo da garantire una fornitura energetica priva di errori.

Conclusioni

Si prevede che l’IoT globale del mercato energetico crescerà fino a 35,2 miliardi di dollari entro il 2025 da 20,2 miliardi di dollari nel 2020, secondo un rapporto di ricerca di mercato di Markets and Markets, tanto che il World Energy Council definisce il comparto come uno dei maggiori cambiamenti del XXI secolo.

Articolo originariamente pubblicato il 10 Gen 2022