La rete intelligente del terzo millennio: tecnologie abilitanti per un nuovo paradigma energetico

Reti intelligenti: la tecnologia come fattore abilitante

 

Industria 4.0, Internet of Things, Big Data e, ancora, efficienza energetica ed energie rinnovabili, tecnologie green e sistemi di gestione avanzata delle risorse idriche e dei rifiuti… La promozione di un’efficiente economia circolare passa attraverso una serie di sistemi complessi che debbono necessariamente interagire tra loro, sino a costituire vere e proprie reti intelligenti.

Il tutto, possibilmente, includendo in tale processo inter-operativo e inter-culturale la partecipazione attiva da parte dei cittadini alla governance dei processi strategici, decisionali e operativi nell’ambito della Pubblica Amministrazione.

Si tratta, come è intuibile, di fenomeni che si sono imposti sia a livello globale che locale, affacciandosi di recente nella nostra vita quotidiana e contribuendo a modificare profondamente i nostri processi identitari e sociali.

È in questo preciso snodo che le tecnologie innovative divengono strumenti di supporto indispensabili – potremmo dire abilitanti – per il governo della complessità generata da una tale molteplicità e variabilità di istanze.

Sapere gestire al meglio le esigenze di queste strutture innovative è dunque la nuova sfida che riguarda ciascun territorio, da affrontare con razionalità, inventiva e competenza.

Energie rinnovabili e incremento della domanda:
nuovi modelli energetici

 

Un ambito di particolare rilievo – anche a fronte di un incremento della domanda a livello planetario – è quello relativo all’energia in generale e alle rinnovabili in particolare.

Secondo l’ultimo rapporto del GSE (Gestore Servizi Energetici), in Italia la quota dei consumi finali lordi di energia coperta da fonti rinnovabili nel settore elettrico ha raggiunto il 34% (e il 17.4% dei consumi energetici totali). Ancora più interessante notare come, tra le rinnovabili elettriche, solare e eolico siano passati dal 5.1% del totale nel 2005 al 35% nel 2016, energia per lo più prodotta da impianti di piccola o micro-generazione (nel 2015 ARERA, l’Autorità di Regolazione per l’Energia Reti e Ambiente, ha censito oltre 688.000 impianti fotovoltaici e più di 2500 impianti eolici).

Si configura dunque la nascita di una nuova community energetica che, incentivando l’abbandono delle tradizionali centrali elettriche, caratterizzate da un maggiore impatto ambientale, sarà in grado di operare grandi trasformazioni e introdurrà un modello di generazione distribuita formato da piccoli impianti di autoproduzione (o micro-grid) alimentati da energie rinnovabili e allacciati alla rete di distribuzione tradizionale che, oltre a coinvolgere in modo vantaggioso piccole imprese o consorzi, permetterà anche ai privati di produrre energia.

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La richiesta, attuale e contingente, è quella di adattare le reti elettriche alle nuove esigenze energetiche, in una realtà che vede il cliente non più solo come un consumatore tradizionale, ma anche come un soggetto attivo nella filiera produttiva..

Una delle risposte percorribili consiste nello sviluppo di progetti pilota che possano verificare la resistenza e l’affidabilità delle reti intelligenti di distribuzione energetica: in una parola le Smart Grid.

Le Smart Grid sono reti elettriche che combinano elettronica e tecnologie digitali per consentire una comunicazione bidirezionale tra i vari punti della rete. Questo consente il monitoraggio, l’analisi, il controllo e lo scambio di informazioni in tempo reale tra i soggetti coinvolti, per migliorare l’efficienza della rete, ridurre i consumi e i costi dell’energia, e massimizzare l’affidabilità e la trasparenza lungo tutta la filiera energetica. L’integrazione con le tecnologie digitali, infatti, rende la rete:

in grado di rispondere tempestivamente alla richiesta di maggiore o minore consumo di uno o più utenti;

resiliente alla variabilità del carico di energia elettrica prodotta in centrali che sfruttano energie rinnovabili con caratteristiche di aleatorietà, quali eolico e fotovoltaico;

facilmente integrabile, per un costante dispacciamento di energia, alle centrali elettriche di produzione tradizionali e al servizio di bilanciamento energetico della rete di distribuzione nazionale.

Parallelamente alle Smart Grid, un ruolo fondamentale per una gestione efficiente delle energie rinnovabili è data dai sistemi di accumulo dell’energia. Questi, infatti, permettono di immagazzinare eventuali sovra-produzioni di energia, tipiche di fonti quali il solare e l’eolico, ovvero di acquistare energia dalla rete quando il prezzo è conveniente, per renderla fruibile in periodi in cui i consumi superano la produzione.

Oltre ai tradizionali sistemi di accumulo, un crescente interesse si sta sviluppando intorno ai veicoli elettrici (PEV) e al loro impatto sul sistema di distribuzione dell’energia.

Dunque, nuovi modelli energetici basati sull’integrazione di fonti rinnovabili, sistemi di storage e tecnologie intelligenti per la gestione della rete. La loro conseguente adozione introdurrà, a cascata, nuovi stakeholder e relativi modelli di business – assai diversi rispetto a quelli tradizionalmente adottati nel mercato dell’energia elettrica – che coinvolgeranno in modo vantaggioso non solo i big dell’energia, ma anche piccole imprese, consorzi e infine privati.

Smart Grid: ovvero a domandA rispostE

 

Di fronte a sistemi che operano su tali livelli differenziati di: bisogni, risorse, fornitori ed utenti, in un futuro prossimo saranno indispensabili specifiche interfacce d’uso in grado di supportare il Demand Response, modello che incentiva la partecipazione dei consumatori all’efficienza del sistema, cui è richiesto una risposta proattiva a eventuali richieste di limitazione o rimodulazione dei consumi da parte dell’operatore. Incentivi che possono attuarsi anche mediante l’adozione di un meccanismo di tariffazione che:

sarà, in buona parte, proporzionale alla domanda complessiva sulla rete;

potrà essere basata su incentivi offerti ai consumatori per ridurre il loro consumo energetico nei momenti di picco della domanda o quando il sistema è sotto stress.

Oppure che, in un’opzione ancora più interessante, prevederà l’utilizzo di soluzioni automatizzate (come ad esempio i sistemi domotici), in grado di spostare carichi di energia bilanciandoli tra i vari momenti della giornata.

Appare dunque sempre più chiaro come le dinamiche di Demand Response richiedano un elevatissimo livello di coordinamento e responsività tra i diversi soggetti coinvolti.

La capacità di rispettare gli impegni presi – come ad esempio la limitazione della potenza massima assorbita in un determinato periodo del giorno (Peak Shaving), il differimento alla fascia serale di certi consumi da parte di uno o più utenti – è infatti essenziale per assicurare una gestione ottimale della rete e limitare i rischi di congestione o sovra-produzione.

Per garantire tale coordinamento, è essenziale che i nuovi sistemi di gestione delle Smart Grid siano in grado di:

prevedere con accuratezza da una parte i consumi energetici e dall’altra la capacità produttiva delle diverse fonti rinnovabili;

gestire in modo ottimale i sistemi di accumulo di energia disponibili;

adattarsi rapidamente ad eventuali scostamenti dalle previsioni, notificare la nuova pianificazione all’operatore ed, eventualmente, attivare una nuova contrattazione.

Che è quello che come Maps abbiamo cercato di realizzare, in collaborazione con i ricercatori dell’Università di Genova, nel progetto pilota di ottimizzazione della pianificazione elettrica della Smart Polygeneration Microgrid del Campus di Savona, una delle prime Smart Grid a livello europeo.

 

Smart Grid Savona

Smart Micro-grid di Savona

 

Smart Grid e Reti intelligenti:
scenari e numeri verso il terzo millennio

 

Le nuove tecnologie per l’utilizzo di fonti rinnovabili e lo storage saranno dunque i settori di sfida dei prossimi anni.

Il fine comune è quello di mettere a regime reti intelligenti che da un lato uniscano alti gradi di tecnologia a una distribuzione condivisa di elettricità (in un un’ottica sia di riduzione e razionalizzazione dei consumi che di Sharing Economy), e dall’altro minimizzino al contempo le perdite, il carico di rete, i sovraccarichi e le variazioni della tensione elettrica.

Quello delle Smart Grid – in questo un nuovo scenario di mercato, sia competitivo che di qualità – sarà in grado di facilitare i governi nazionali nel rientrare nei parametri previsti a livello comunitario per la riduzione della produzione di CO2, minimizzando l’impatto ambientale dovuto alla produzione e fornitura di energia.

Non a caso, tutti gli analisti sono concordi nel prevedere per i prossimi anni una forte crescita per il settore a livello globale. Secondo Bloomberg New Energy Finance, il mercato delle tecnologie digitali per il settore energetico passerà dagli attuali 52 miliardi di dollari ai 64 miliardi di dollari previsti per il 2025. Una crescita che si concentra nei segmenti più innovativi, quali i sistemi di automazione della distribuzione (da $4bn a $10bn), della gestione dell’energia domestica (da $1bn a $11bn) e per la flessibilità (come appunto il Demand Response) che varrà nel 2025 4 miliardi di dollari.

 

Conclusioni

Efficienza energetica e rinnovabili: sono questi i settori energetici sui quali investire per arrivare alla massima competitività di costo e le performances migliori in tal senso si potranno ottenere solo dando priorità allo sviluppo di sistemi di storage e delle Smart Grids.

Sostenute da un sistema articolato di piattaforme hardware e software, di reti neurali artificiali e soluzioni di networking, tali reti rappresentano infatti un mercato mondiale in continua crescita ed espansione.

Come ben mostra il primo Electricity Market Report, quello dei nuovi stakeholder, quali i prosumer, è una realtà che inizia a mostrarsi come trend anche in Italia, sebbene la maggior parte delle trasformazioni del mercato elettrico nazionale devono ancora manifestarsi.

Il quadro che esce dall’analisi dell’intensità dei macro trend che hanno effettivamente un impatto sul mercato è piuttosto conservatore.

Nonostante la riforma delle tariffe e l’incentivazione alla diffusione della generazione distribuita, la diffusione della mobilità elettrica e dei sistemi di storage è, ad esempio, appena accennata così come la presenza di “aggregatori” si manifesta ai suoi albori.

E ancora, malgrado l’incentivazione, nessuno dei meccanismi – carbon tax, PPA e aste a tecnologia neutra – in grado di garantire una gestione della generazione distribuita da rinnovabili sono ad oggi osservabili nel nostro Paese.

La generazione distribuita da fonti rinnovabili e una apertura maggiore del mercato dei servizi elettrici alternativi, come aggregatori intelligenti, in grado di coordinare in modo più efficiente un elevato numero di consumatori, e di consumi, potrebbe essere dunque una delle strade da percorrere per garantire un futuro più competitivo per il mercato elettrico in Italia.

 

Vieri Emiliani

 

PROGETTO ROSE

Un laboratorio di studio in continua evoluzione made in Maps Group: questo è il progetto ROSE, in grado di proporre sistemi ICT avanzati da integrare nella creazione di piccoli e medi impianti di generazione di energia rinnovabile, e nella sperimentazione di sistemi di aggregazione di consumatori-produttori (prosumer), allo scopo di avviare esperienze significative e che possano fungere da modello, come la Smart Micro-grid del Campus di Savona.

L’efficienza di analisi delle informazioni ai fini predittivi, dimostrata dalla rete neurale intelligente sviluppata come parte integrante di ROSE (e applicate al caso della Smart Micro-Grid di Savona), dimostra come Maps Group voglia seguire l’evoluzione dei tempi per assicurare un servizio sempre efficiente e, il più possibile, all’avanguardia.

Un servizio che, con l’avvento di forme di energia alternativa, la cui produzione può avere picchi o cali imprevisti, renda più flessibile ed interattivo la regolazione di tali impianti per raggiungere i seguenti obiettivi:

  • Programmare la produzione energetica sfruttando le tecniche di previsione e ottimizzazione delle energie rinnovabili basate su reti neurali e intelligenza artificiale.
  • Operare un controllo ottimale in real time dei sistemi di produzione e stoccaggio dell’energia.
  • Ottimizzare i consumi di energia termica ed elettrica minimizzando le emissioni di CO2, i costi operativi annuali e il consumo di energia primaria.
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Vieri Emiliani
Head of Innovation at Maps Group • Data Scientist • Artificial intelligence #innovation #AI Collegati su Linkedin Connettiti su Twitter

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