Reti intelligenti

Smart grid: cos’è e come funziona la rete elettrica intelligente in Italia

La grande crescita delle fonti rinnovabili impone alle reti elettriche di adottare tecnologie digitali di comunicazione che possano garantire la necessaria flessibilità a utenti e utility

29 Gen 2020

Gianluigi Torchiani

Negli ultimi anni la digitalizzazione ha progressivamente interessato una fetta crescente di ambiti e prodotti: abbiamo così imparato a familiarizzare con termini come smartphone, smart home, smart city e Smart Grid. Quest’ultimo concetto – che in italiano si può tradurre come Reti intelligenti – ha decisamente a che fare con il mondo dell’energia elettrica, un ambito che in questi anni è stato sottoposto a un profondo processo di trasformazione, primo tra tutti la grande irruzione delle energie rinnovabili.

Cosa è una Smart grid

Ma come può essere definita la Smart Grid? In linea estremamente generale con il termine smart grid si intende una rete evoluta che, grazie all’utilizzo della moderna tecnologia digitale, è in grado di acquisire nuove funzionalità. Queste innovazioni vanno a incidere in maniera sostanziale sulla gestione della rete di distribuzione e dei relativi punti di immissione e di prelievo. Il sistema energetico diventa così in qualche misura più attivo e controllabile a distanza, anche per quanto riguarda immissioni e dei prelievi. Questo significa che il gestore di rete che utilizza per la sua rete soluzioni smart può gestire in maniera più intelligente l’energia elettrica a disposizione, conoscendo nel dettaglio e in tempo reale i consumi dei vari utenti. Questo comporta un vantaggio non da poco: se in una determinata zona si dovesse presentare un potenziale sovraccarico energetico, tale energia potrà essere redistribuita dal gestore della Rete in altre zone in base alla domanda elettrica effettiva, evitando così eventuali interruzioni di fornitura (blackout) o altre tipologie di disservizi. Ma i vantaggi sono significativi anche da un punto di vista dell’utente, dal momento che le reti di nuova generazione possono permettere di gestire in modo autonomo ed efficiente l’erogazione dell’elettricità. Diventa così possibile utilizzare gli apparecchi elettrici nelle ore del giorno in cui il prezzo dell’energia risulta più conveniente e limitarne invece l’uso in quelle ore in cui risulta più cara. Allo stesso modo i retailer hanno la possibilità di offrire ai propri clienti del mercato libero corrispettivi di vendita articolati per fasce orarie, che segnalino il diverso valore dell’energia elettrica nei diversi momenti del giorno e dell’anno. Non solo: significativi risparmi possono essere ottenuti anche nel processo di switching, che può beneficiare ampiamente dell’installazione dei misuratori intelligenti, attraverso la telelettura e la gestione automatizzata dei flussi informativi. C’è però senz’altro un fattore che ha spinto in maniera inequivocabile lo sviluppo e la ricerca intorno alle Smart grid: la crescente diffusione delle fonti rinnovabili non programmabili, vale e a dire eolico e fotovoltaico, fattore che di per sé comporta la necessità di avere a disposizione reti più intelligenti e di nuova generazione.

L’impatto della Generazione distribuita sulle reti intelligenti

Per capire il perché occorre partire dal principio, ossia dalle modalità di produzione dell’energia elettrica, che sino a un decennio fa è avvenuta in maniera totalmente centralizzata: un numero limitato di grandi centrali elettriche dislocate sul territorio nazionale, prevalentemente alimentate a fonti fossili (gas, carbone, petrolio, ecc), producevano grandi quantità di energia elettrica che poi venivano trasmesse, attraverso la rete elettrica, a milioni di utenti e consumatori (privati, imprese, ecc). Un modello che ha permesso agli utenti di godere della disponibilità di energia elettrica in maniera costante e crescente, ma che comporta un prezzo ambientale non di poco conto. La produzione di energia elettrica a partire da fonti fossili, infatti, è una delle principali attività responsabili della produzione di Co2 e altri gas inquinanti, contribuendo così all’attuale dinamica di riscaldamento globale (climate change). Per questo motivo, governi e istituzioni stanno cercando di favorire la produzione di elettricità a partire da fonti rinnovabili non inquinanti come eolico e solare. Il cui modello è, però, estremamente decentralizzato (non a caso si parla di generazione distribuita): oggi in Italia sono presenti circa un milione di impianti da fonti rinnovabili, installati praticamente in ognuno delle migliaia di comuni italiani (Fonte Rapporto comuni rinnovabili Legambiente). Anche se i parchi eolici e fotovoltaici possono raggiungere dimensioni di una certa consistenza, la loro capacità produttiva non sarà mai pari a quella degli impianti alimentati da fonti fossili. Inoltre, ogni comune utente, anche privato, ha la possibilità di diventare prosumer (cioè essere al contempo produttore e consumatore di energia elettrica), semplicemente installando sui tetti della propria abitazione un impianto da pochi kW. È evidente che questa diffusione estremamente parcellizzata delle fonti pulite può mettere a dura prova le reti elettriche, che devono essere in grado di accogliere l’elettricità prodotta da una molteplicità di punti. A complicare il quadro c’è poi l’intermittenza della generazione rinnovabile: eolico e fotovoltaico non producono elettricità 24 ore su 24, ma soltanto in presenza della disponibilità della fonte (vento e radiazione solare).

I vantaggi delle Smart Grid

Quindi le reti elettriche devono oggi essere abbastanza flessibili per riuscire ad accogliere eventuali picchi di produzione rinnovabile (ad esempio nelle ore centrali dei mesi estivi) e, al contempo, assicurare che l’intero sistema elettrico non collassi nei momenti di minore generazione.  Dal momento che il consumo di elettricità e il livello di decentralizzazione della generazione, dovuto principalmente all’utilizzo delle fonti rinnovabili, sono destinati ad aumentare ulteriormente nei prossimi anni, esistono soltanto due modalità per gestire la situazione: la prima è quella di aumentare la capacità della rete esistente (principalmente la rete di distribuzione, quindi dotandosi di un numero superiore di cavi e trasformatori in media e bassa tensione). L’alternativa è quella di utilizzare la capacità della rete esistente in modo più efficiente, più intelligente, più “Smart”, grazie allo sviluppo di una Smart Grid. Tramite questo nuovo approccio alla rete elettrica, possono essere introdotte nuove modalità di gestione, controllo e protezione della stessa per garantire una migliore capacità di integrazione di grandi quantità di elettricità, migliorando il livello di sicurezza e affidabilità dell’intero sistema e implementando procedure per il controllo del carico e il coinvolgimento attivo dei clienti finali.

Come funzionano le smart grid

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Ma come si può procedere da un punto di vista tecnologico alla piena implementazione del paradigma smart grid? Un ruolo fondamentale è giocato dalle tecnologie ICT: l’infrastruttura di comunicazione rappresenta una componente indispensabile alle reti di nuova generazione, perché grazie allo sviluppo di sistemi informativi e di controllo e gestione, diventa possibile fornire quei servizi avanzati a cui abbiamo fatto riferimento in precedenza. Non solo: la rete di comunicazione per il sistema elettrico deve essere in grado di integrare in maniera rapida e semplice nuovi attori che, con ruoli e obiettivi differenti, potrebbero avere la necessità di accedere alle medesime risorse (es: operatori di mercato, manutentori, sistemi di supervisione dell’utente).
Secondo Confindustria Anie, le applicazioni della comunicazione per le Smart grid sono classificabili in tre diverse classi:
1. monitoraggio e raccolta dati da diversi sensori posti in rete: meno critiche per quel che riguarda il ritardo di trasferimento e l’affidabilità, ma spesso sono quelle che generano la maggior mole di dati e che impongono vincoli di dimensionamento in termini di capacità complessiva disponibile;
2. controllo e regolazione: più critiche, data la necessità di comunicazione bidirezionale, ma nella rete di distribuzione i ritardi non vanno oltre qualche secondo;
3. applicazioni di protezione/sicurezza: più problematiche dal punto di vista del ritardo massimo tollerato e dell’affidabilità, con requisiti molto stringenti sulla latenza fino ad ordini di grandezza delle decine di millisecondi, ovvero di poco superiori alle tempistiche previste per la protezione delle linee AT in ambito Trasmissione

Un altro passaggio tecnologico fondamentale per la realizzazione delle Smart Grid è relativo all’implementazione di sistemi di automazione avanzati che permettono un migliore esercizio della rete sia in condizioni standard sia in caso di guasto, in modo tale da aumentare l’affidabilità e la continuità del servizio reso ai clienti. Per quanto riguarda in particolare la delicata fase di controllo e gestione, si stanno attualmente diffondendo sulle reti di distribuzione di media tensione degli apparati, generalmente definiti come Distribution Management System (DMS), che consentono l’analisi dei parametri elettrici della rete (corrente, tensione, potenze) e la valutazione del comportamento della rete stessa.

Uno dei componenti fondamentali delle Smart Grid sono poi i sistemi di “smart metering”: si tratta di quegli apparecchi che consentono la telelettura e telegestione dei contatori di energia elettrica, gas e acqua. Il vantaggio principale è legato naturalmente alla riduzione di costi per le letture e per le operazioni di gestione del contratto (es., cambio fornitore, disattivazione etc.) che possono essere effettuate in modo automatico a distanza, e con maggiore frequenza, senza un intervento manuale degli operatori. Esistono poi tutta una serie di ulteriori vantaggi, legati in particolare alla migliore consapevolezza del cliente finale in relazione ai propri consumi. Nei settori liberalizzati (energia elettrica e gas) la concorrenza è inoltre facilitata dalla possibilità di ottenere una lettura “spot” (al di fuori del ciclo di lettura) in occasione del cambio di fornitore. Poco noto, forse, che l’Italia è stata il primo paese europeo a introdurre su larga scala gli smart meter elettrici per i clienti finali in bassa tensione ed è tuttora il primo paese al mondo per numero di smart meter di energia elettrica in servizio (oltre 35 milioni).

Esempi di Smart grid e stato dell’arte in Italia ed Europa

La smart grid ideale, capace di mettere in contatto le strutture di diversi produttori di energia su vari livelli e con un coordinamento automatico aumentando la connettività, l’automazione e la coordinazione tra fornitori, consumatori e rete, per ottimizzare la trasmissione e distribuzione dell’energia, in realtà però ancora non esiste del tutto, ma rappresenta un obiettivo a cui tendere. Negli ultimi anni, per favorire lo sviluppo delle Smart Grid sono stati realizzati diversi progetti pilota indetti dalla comunità Europea e dal Governo Italiano. In ambito europeo sono stati sviluppati il progetto ADVANCED, il progetto ADDRESS, il progetto EDEMA e il progetto Grid for EU (Grid4EU). In particolare Grid4EU, finanziato per un importo di 25 milioni di euro dalla Commissione europea e con un costo complessivo di 54 milioni di euro, è stato il più grande progetto sulle Smart Grids a essere finanziato dall’Unione europea. Il progetto ha riunito un consorzio di 6 DSO europei (e-distribuzione, ERDF, Iberdrola, CEZ Distribuce, Vattenfall Eldistribution and RWE), con l’obiettivo di testare il potenziale delle Smart Grids in ambiti come quello dell’integrazione energie rinnovabili, lo sviluppo della mobilità elettrica, l’automazione di rete, l’energy storage, l’efficientamento energetico e la riduzione dei carichi. Nell’ambito del progetto sono stati sviluppati sei differenti dimostrativi in ognuno dei paesi europei rappresentati nel consorzio, ponendo una particolare enfasi sulla promozione della complementarità tra questi progetti, sulla promozione della ricerca trasversale e sulla condivisione dei risultati tra i diversi distributori di energia coinvolti. Anche in Italia il Governo, in particolare il ministero dello Sviluppo economica, finanzia periodicamente, con appositi bandi di gara, progetti in ottica Smart grid.
In passato sono stati intrapresi i progetti Programma Operativo Interregionale (POI) “Energie rinnovabili ed efficienza energetica 2007-2013”(in particolare il sotto-progetto POI – P3 “Regolazione evolutiva della tensione”) e altri progetti finanziati dall’Autorità per l’Energia Elettrica e il Gas (AEEGSi). Per poter favorire lo sviluppo delle Smart Grid, l’AEEGSi ha costituito la delibera ARG/elt 39/10 con la quale ha offerto degli incentivi per progetti pilota nell’ambito delle reti intelligenti.

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Gianluigi Torchiani

Giornalista classe 1981, scrive abitualmente di tecnologia ed energia. Editor Gruppo Digital360

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