Smart grids: potenziare le Utilities con le nuove tecnologie

Rispondiamo innanzitutto alla domanda “smart grid cosa significa?”. Il termine indica un sistema elettrico intelligente (rete intelligente), dove la connessione tra i nodi attivi della rete sono coordinati da sistemi telematici automatizzati.

La necessità di avere delle reti elettriche digitalizzate e dotate di apparati che ne garantiscano l’automazione, è dovuta al passaggio, degli ultimi decenni, da un sistema unidirezionale, dove la produzione dell’energia elettrica è centralizzata, a un sistema bidirezionale in cui i centri di produzione sono distribuiti su un territorio ampio.

Tale evoluzione delle reti elettriche è una diretta conseguenza dell'ingresso delle rinnovabili, come il fotovoltaico e l’eolico. Il fotovoltaico, in particolare, permette anche a piccole unità abitative di produrre energia e di immetterla nella rete nazionale.

Inoltre, le fonti rinnovabili come l’eolico e il fotovoltaico sono discontinue e causa di picchi di produzione che vanno gestiti con un’ infrastruttura elettrica del tutto nuova o rinnovata.

Da qui, l’avvento delle smart grid capaci di ottimizzare i flussi di energia bidirezionali, di gestire i picchi e anche le carenze di produzione. In una smart grid il sistema elettrico mantiene l’equilibrio nonostante siano attivi più attori che:

• Generano corrente elettrica centralmente e localmente
• Consumano quella prodotta sul posto
• Immagazzinano l’eventuale eccedenza prodotta sul posto in dispositivi di stoccaggio
• Assorbono energia elettrica dalla rete

Dopo avere illustrato cosa sono le smart grid, passiamo ad approfondire il funzionamento di una smart grid.

Vediamo come funziona una smart grid, punto per punto, elencando quelli che sono gli elementi in cui le innovazioni tecnologiche intervengono ad apportare cambiamenti sostanziali nel sistema elettrico.

• Generazione dell’energia: con la smart generation, gli impianti di produzione possono contare su una comunicazione bidirezionale automatizzata grazie agli smart inverter. Questi sistemi di stabilizzazione garantiscono una produzione stabile, anche grazie all’utilizzo di sistemi di stoccaggio.
• Trasmissione e distribuzione: grazie a sistemi di controllo automatizzati e ai sensori presenti sulla smart network, i dati sullo stato della rete vengono monitorati costantemente secondo un approccio predittivo.
• Ottimizzazione carichi della rete elettrica con sistemi DRMS: con il demand response una Utility può chiedere al cliente industriale di ridurre o aumentare i consumi energetici come risposta ai picchi di domanda o di offerta da parte del mercato elettrico.
• Consumo: i consumi vengono gestiti diversamente grazie allo smart metering e alla domanda attiva (active demand). In questo modo, i consumi sono monitorati da sistemi di Home management system, mentre la produzione degli impianti fotovoltaici viene stabilizzata grazie all’uso di accumulatori.

Da un punto di vista normativo, l’Unione Europea si sta muovendo in modo sinergico supportando gli Stati membri con un corpo di leggi volte alla standardizzazione delle reti intelligenti.

Dunque, in quale direttiva europea si fa riferimento alla smart grid? La più recente è la comunemente nota direttiva “case green”, cioè la direttiva UE 2024/1275 sulla prestazione energetica nell’edilizia. In essa si fa riferimento agli edifici “smart readiness”, cioè predisposti all’uso delle tecnologie intelligenti per adattare l’energia consumata alle reali esigenze. In quest’ottica si inserisce l’obbligo progressivo di rendere i nuovi edifici pronti ad accogliere gli impianti fotovoltaici.

Tuttavia, la Commissione europea porta avanti uno sforzo di conversione delle reti elettriche già dal 2009, quando è iniziato il percorso di standardizzazione e installazione dei contatori intelligenti nelle abitazioni civili, nelle fabbriche e nelle aziende europee.

Dal 2011 procede un lavoro di standardizzazione delle reti per trasformarle in reti intelligenti, concentrato sui seguenti requisiti:

• Comunicazione della gestione della rete
• Bilanciamento
• Interfaccia con le fonti energetiche rinnovabili
• Interazioni del mercato dell’energia distribuito

L’obiettivo è rendere interoperabili le soluzioni disponibili ed evitare la non standardizzazione delle smart grid sovranazionali. La Task force smart grid è stata incaricata dalla Commissione europea di supportarla in questo processo complesso, che include anche la digitalizzazione e la resilienza informatica delle reti.

Una smart grid di esempio è il progetto in fase di attuazione sulla città di Roma dall’operatore locale, dove si intende procedere all’automazione evoluta della rete di media tensione, allo scopo di meglio gestire i guasti.

Un sistema di monitoraggio delle grandezze elettriche e ambientali sulla rete in media e bassa tensione, unito al telecontrollo della rete in bassa tensione, avrà lo scopo di migliorare la resilienza, prevenendo così situazioni critiche.

La rete in media tensione viene gestita secondo nuovi criteri, al fine di minimizzare le perdite e di aumentare la possibilità di interconnettere le fonti rinnovabili alla rete.

Smart grid fotovoltaico significa appunto la possibilità di collegare piccoli impianti alla rete e di gestirli a beneficio di tutti gli utenti.

Tali obiettivi potranno essere raggiunti anche mediante l’uso degli analizzatori della qualità di rete, di cui offriamo una panoramica completa sul nostro catalogo.

Quali vantaggi possono trarre i cittadini dal passaggio a una rete elettrica nazionale smart? Grazie alle smart grid, l’utente diventa un prosumer, ovvero un produttore e consumatore di energia allo stesso tempo.

Installando un impianto autonomo di generazione della corrente elettrica (non a combustibile fossile), ma restando connesso alla rete nazionale, può contribuire a coprire i suoi fabbisogni giornalieri e cedere al mercato l’eccedenza (anche a fronte di un compenso).

Per il consumatore che non produce l’energia in autonomia, una rete elettrica intelligente significa minori sprechi di dispacciamento e un riscontro più rapido in caso di anomalie. I guasti sulla rete si ridurranno grazie a una gestione predittiva, o potranno essere risolti in tempi ridotti.

Le smart grid technology possono già fare affidamento su numerosi dispositivi intelligenti capaci di comunicare tra loro per analizzare i flussi di energia, convogliare la corrente e gestire i flussi bidirezionali.

In un futuro prossimo, tuttavia, proseguirà la digitalizzazione delle reti per consentire un monitoraggio completo e per migliorare le reti elettriche a ogni livello: generazione, consumo e stoccaggio dell’energia.

Grazie alla nascita delle comunità energetiche, che nei prossimi anni si diffonderanno maggiormente, si verranno a creare delle vere e proprie mini reti semiautonome (mini grid) dove alcuni utenti assumono il ruolo di produttori e consumatori, mentre altri solo di consumatori. Ciò è reso possibile già oggi dall’installazione di impianti fotovoltaici sui tetti delle abitazioni e dei capannoni aziendali.

La sicurezza informatica entra di diritto nelle reti elettriche informatizzate e, per questo motivo, serviranno sistemi di monitoraggio evoluti e in grado di rilevare sul nascere tentativi di aggredire i sistemi informatici che gestiscono le smart grid.

Sotto il profilo della cyber security potrebbe dare un suo aiuto la tecnologia blockchain, con la quale è possibile rendere più resistente agli attacchi informatici una rete informatica che si basa su un meccanismo di gestione dei dati decentralizzato.

Uno smart grid system significa poter conoscere nel dettaglio lo stile o gli stili di consumo energetico degli utenti collegati. Anche la gestione delle contestazioni su eventuali consumi non riconosciuti dal cliente possono essere gestiti puntualmente, grazie a un monitoraggio orario dei consumi.

Lo stesso meccanismo permette alle Utilities di incentivare i comportamenti virtuosi dei clienti rendendoli consapevoli dei propri consumi, al fine di evitare gli sprechi.

L’automazione delle reti elettriche è una grande opportunità per le Utilities di gestire il proprio business secondo un approccio tanto efficiente, quanto economico.

Smart grid IoT, cioè l’internet of things applicato alle reti intelligenti, permette alle società del settore energetico di intervenire da remoto su alcuni dei guasti meno complessi. Una capacità che aumenta anche la sicurezza e riduce gli incidenti dovuti alla manutenzione diretta.

Le smart grid solutions impongono già da tempo alle società energetiche un cambio di passo nella gestione dell’infrastruttura. Passi avanti sono stati fatti con l’installazione dei contatori intelligenti e con l’uso del contatore bidirezionale per chi installa un impianto di generazione autonomo. Le reti principali permettono, quindi, non solo il passaggio della corrente, ma anche dei dati.

Tuttavia, l’adeguamento delle reti ha un costo che le società energetiche dovranno saper gestire, mentre si occupano di coprire anche quelle località più remote e cosiddette a “fallimento di mercato”.

La sicurezza informatica è un capitolo rilevante tra le sfide che impegnano tali società. Un attacco informatico ben assestato a una rete elettrica digitalizzata, significherebbe mettere in ginocchio la generazione e la distribuzione a milioni, se non a decine di milioni di persone.

In questo breve itinerario alla scoperta di una smart grid cos'è abbiamo approfondito i vantaggi delle reti elettriche intelligenti per cittadini, ma anche per le società energetiche e i distributori di energia.

Siamo andati, dunque, oltre il comprendere delle smart grid il significato, per scoprire le nuove tecnologie che miglioreranno la comunicazione all’interno delle reti energetiche, e abbiamo anche presentato quelle che sono le sfide del presente e del futuro per le Utilities.

Per te che ti occupi di realizzare impianti per la generazione di energia elettrica e di sistemi per garantire continuità nella fornitura di energia a industrie, aziende e abitazioni civili, trovi dal nostro catalogo prodotti tutto il necessario, come ad esempio i gruppi di continuità (UPS) più avanzati.