Flessibilità energetica: come adattare la produzione energetica di un impianto in base ai periodi di alta o bassa richiesta

I principali ambiti di consumo di elettricità nell'industria sono il riscaldamento e l'illuminazione. Per ridurre i consumi, le industrie stanno attuando strategie di ottimizzazione e recupero energetico. Ma per ottimizzare la propria produzione di energia elettrica occorre prima poterla monitorare e analizzare.

Misurare l'elettricità è un metodo per stimare il consumo di energia elettrica: i contatori determinano e memorizzano i dati sulla quantità di elettricità utilizzata dal sito in un dato momento. Questo monitoraggio si può automatizzare collegando il contatore ad un'unità di misurazione.

La misurazione dell'energia elettrica consente di recuperare diversi dati:

• storico dei consumi per periodo;
• consumo delle apparecchiature;
• tendenze stagionali.

Gli esperti analisti utilizzano questi dati utilizzando software specifici, per creare modelli di consumo e tendenze stagionali.

L’analisi dei consumi è il primo passo di un processo di ottimizzazione energetica. Questa missione può essere affidata ad un “energy manager”, il cui ruolo è identificare possibili percorsi di risparmio energetico e proporre adeguamenti. Ad esempio, consigliando un migliore dimensionamento degli impianti, o rivedendo le istruzioni per il riscaldamento o lo stoccaggio nelle celle frigorifere.

La flessibilità elettrica si riferisce alla capacità di adattamento e risposta dinamica del sistema elettrico alle variazioni della domanda, dell'offerta e delle condizioni ambientali. Questo concetto è particolarmente importante in un'epoca in cui la transizione verso fonti di energia rinnovabile, come il solare e l'eolico, sta cambiando radicalmente il panorama energetico.

Consiste nello spostare il funzionamento di una o più apparecchiature in base al carico del sistema energetico, riducendo così il consumo e di conseguenza ottenendo un vantaggio finanziario.

Le tecnologie di storage, ossia i sistemi di stoccaggio dell'energia come le batterie al litio, sono componenti fondamentali della flessibilità elettrica: consentono di immagazzinare l'energia in eccesso quando la produzione supera la domanda e di rilasciarla quando è necessaria, garantendo una disponibilità continua.

Inoltre, questa strategia richiede una gestione più intelligente e sofisticata della rete elettrica, attraverso sistemi di controllo avanzati e tecnologie di monitoraggio in tempo reale, che consentono di adattare rapidamente la produzione e la distribuzione di energia alle condizioni variabili.

Alcune energie rinnovabili come quella solare o quella eolica hanno la particolarità di essere prodotte in modo intermittente. Ma la quota di queste fonti energetiche è sempre più significativa e richiede, quindi, lo sviluppo e l’ottimizzazione di soluzioni di stoccaggio dell’elettricità.

Attualmente esistono tre principali soluzioni di stoccaggio dell’energia:

• accumuli meccanici, come dighe idroelettriche, stazioni di trasferimento di energia con pompaggio (STEP) o immagazzinamento di energia con aria compressa (CAES);
• stoccaggio elettrochimico in celle, batterie o condensatori, nonché idrogeno;
• accumulo termico, come nei serbatoi di acqua calda.

I mezzi di stoccaggio forniscono diversi servizi tra produzione, trasporto, distribuzione o consumo di energia elettrica: STEP e dighe idroelettriche sono anche i più competitivi dal punto di vista economico. Anche le soluzioni di stoccaggio come idrogeno, aria compressa o accumulo termico si stanno sviluppando rapidamente.

Le energie rinnovabili (RE) sono costituite da fonti che si rinnovano naturalmente, con una velocità tale da essere considerate inesauribili sulla scala dei tempi umani. Queste sono classificate in 5 famiglie principali: energia eolica, energia solare, biomassa (legno, rifiuti, ecc.), energia idraulica ed energia geotermica.

La sfida maggiore per le energie rinnovabili intermittenti (eolica, solare) risiede nello stoccaggio su larga scala dell'energia prodotta per compensare la produzione che non può essere modulata in base alla domanda.

In questo caso, è necessario costruire reti intelligenti per garantire una produzione stabile di energia elettrica.

L'automazione svolge un ruolo determinante nel controllo della produzione elettrica.

Innanzitutto, consente di ottimizzare i processi produttivi adeguando la produzione in tempo reale alla domanda: in questo modo il produttore evita i fenomeni di sovrapproduzione o sottoproduzione e il conseguente spreco di energia.

Permette inoltre di gestire in modo intelligente il riscaldamento e l'illuminazione, ossia le aree di maggior consumo. L'automazione innesca l'accensione e lo spegnimento in base a parametri predefiniti, come la presenza di dipendenti, orari specifici o condizioni meteorologiche.

L'utilizzo di sensori intelligenti offre anche una grande opportunità in termini di manutenzione: monitorare in tempo reale permette, infatti, di individuare immediatamente perdite, guasti o rotture: gli interventi sono più rapidi e le perdite meno costose.

Infine, l'automazione facilita la gestione delle risorse energetiche: grazie ad algoritmi e modelli di consumo, il software è in grado di prevedere la domanda di energia e adattare di conseguenza la produzione. Può anche controllare lo stoccaggio dell'energia prodotta in eccesso, per un uso successivo.

La rete elettrica intelligente, o Smart Grid, si sta sviluppando sempre più grazie all’IoT (Internet of Things). L'obiettivo è quello di razionalizzare le interazioni tra edifici e reti energetiche, al fine di ottimizzare l’approvvigionamento di energia in base ai periodi di consumo, o per gestire l'intermittenza delle energie rinnovabili.

Il funzionamento di una rete elettrica intelligente si basa su un componente particolare: la SIM card M2M (o multi-operatore), che consente il monitoraggio e il controllo remoto di apparecchiature come linee elettriche o trasformatori.

I sensori di rete intelligenti rispondono alle sfide sia economiche che ambientali, perché agiscono controllando (e quindi riducendo) il consumo di energia industriale.

Sono in continuo sviluppo le tecnologie per ottimizzare la produzione di energia al fine di ridurre l’impatto economico e ambientale (Smart Energy).

L’applicazione dell'IoT e dell’intelligenza artificiale migliorerà particolarmente il controllo e il monitoraggio delle apparecchiature per la produzione di energia. Sarà quindi sempre più semplice individuare e correggere guasti ed evitare sprechi significativi.

Le innovazioni che stanno emergendo nel settore delle energie rinnovabili sono diverse:

• pannelli solari realizzati con scarti alimentari;
• turbine eoliche senza pale, che funzionano con oscillazione e vibrazione;
• batterie al litio-vetro la cui capacità aumenta con l'età e con una densità di energia doppia rispetto a una batteria agli ioni di litio;
• aeromobili a energia residua, alimentati con combustibili provenienti da rifiuti o legno;
• nanotubi di carbonio che consentono la generazione di corrente elettrica reagendo con l'ambiente;
• diodi bioluminescenti per illuminazione pubblica.

Sono in fase di sviluppo altre tecnologie innovative per la smart energy, ad esempio quelle che usano il torio come alternativa verde all’uranio per l'energia nucleare.

L’alimentazione con celle a combustibile a idrogeno a basso contenuto di carbonio è una delle strade più significative per la mobilità pulita, ma deve ancora essere sviluppata la produzione massiva da energie rinnovabili.

Come si vede, regolare la produzione di energia in base ai periodi è un sistema per risparmiare denaro e ridurre il consumo di elettricità, ma non è l’unica soluzione.

Qualunque siano le strategie adottate, la Smart Energy è oggi in forte espansione e utilizza tecnologie avanzate per produrre, immagazzinare e distribuire energia in modo pulito, efficiente ed economico.