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consumi

5G per le reti elettriche: vantaggi, problemi e soluzioni

La trasformazione digitale del mondo dell’energia è strettamente legata allo sviluppo del 5G. Notevoli saranno i vantaggi, ma molte anche le criticità da superare. Tra queste, gli alti consumi della rete sono in primo piano. Vediamo quali sono le cause e le possibili direttrici di intervento

12 Mar 2019

Michela Meo

Politecnico di Torino


Uno dei molti motivi per cui si attende con grande interesse l’arrivo del 5G riguarda la trasformazione digitale del settore dell’energia. Una trasformazione già in atto, che sta rendendo più sicuri ed efficienti i grossi impianti di generazione dell’energia, tramite strumenti di monitoraggio, controllo e ottimizzazione dei processi. Impianti che vengono integrati con sistemi di produzione di piccola taglia, diffusi sul territorio, e basati su sorgenti di energia rinnovabile.

Grazie alle tecnologie digitali, inoltre, la rete elettrica per la distribuzione dell’energia si trasforma e perde la sua caratteristica di essere monodirezionale e centralizzata: i flussi di energia non provengono più solo dai grossi impianti per essere distribuiti alla periferia, ma possono nascere alla periferia della rete e venire trasferiti ad altri nodi della rete. L’utente finale diventa un elemento attivo che partecipa dei meccanismi di riduzione dei consumi e di miglioramento delle condizioni di funzionamento della rete elettrica.

Questa è la trasformazione del mondo dell’energia a cui stiamo assistendo ma che è possibile solo con il supporto di un’adeguata infrastruttura di comunicazione: il 5G, appunto.

5G, una rete per una moltitudine di terminali

Per compiere questa trasformazione è necessario fornire connettività a un numero estremamente elevato di terminali eterogenei e profondamente diversi nelle loro caratteristiche. La connettività deve raggiungere piccoli sensori dalle limitate capacità di comunicazione e dai requisiti di consumo molto bassi, ma anche connettere contatori intelligenti e stazioni automatizzate della rete di distribuzione, che hanno bisogno di scambi continui di dati in maniera tempestiva e affidabile, e terminali di utente quali smartphone, computer, videocamere di sorveglianza, che generano grandi quantità di dati: una moltitudine di terminali con requisiti di capacità e latenza molto diversi tra loro.

La rete di comunicazioni deve fornire il trasporto dell’enorme mole di dati generati da questi terminali o destinati ad essi. Il trasporto dei dati deve garantire adeguati livelli di affidabilità e di latenza che variano in base agli scenari, al contesto, al tipo di terminale. Servono poi grandi capacità di immagazzinamento e di elaborazione dell’informazione che viene generata e trasportata dalla rete. La capacità di immagazzinamento ed elaborazione dei dati deve essere dispiegata anche alla periferia della rete per poter effettuare e attuare in maniera tempestiva le decisioni prese in automatico in base ai dati raccolti.

Le caratteristiche della rete 5G

Elevata connettività a terminali eterogenei, grande capacità di trasporto dati, intelligenza alla periferia della rete: sono caratteristiche della rete 5G, una tecnologica che potrà giocare un ruolo importante nel mondo dell’energia. La rete 5G, infatti, oltre ad avere una elevata capacità di trasporto dei dati, è una rete flessibile e dinamica. La rete nasce per essere facilmente e dinamicamente riconfigurata per adattarsi a scenari vari e in rapida evoluzione. I dati possono essere consegnati con garanzie di affidabilità molto elevate o con latenze bassissime. Per rispondere alle esigenze di meccanismi decisionali automatici, la capacità di immagazzinamento ed elaborazione dei dati viene portata anche alla periferia della rete.

I consumi e la sostenibilità delle reti

La tecnologia 5G ha quindi le potenzialità per accelerare la trasformazione digitale del mondo dell’energia, e gioca, in questo senso, un ruolo positivo in tema di sostenibilità, con la possibilità di ridurre i consumi, di introdurre in maniera massiva l’uso delle rinnovabili, di rendere la rete elettrica più efficiente e affidabile.

Ma per capire e affrontare il tema dell’energia e della sostenibilità nella loro interezza bisogna considerare anche i consumi della rete 5G stessa. In anni in cui l’efficienza energetica è una delle variabili di progetto di ogni tecnologia, anche la tecnologia 5G è stata progettata per essere efficiente dal punto di vista energetico.

Ciononostante la rete 5G, inevitabilmente, andrà ad aggiungere consumi ai consumi, già considerevoli, delle reti precedenti che sono attualmente operative. Inoltre, una rete 5G con tanta capacità ed elevato grado di copertura rischia di essere molto energivora. Ci sono due ragioni principali per cui i consumi della rete 5G potrebbero risultare considerevoli, ed entrambe queste ragioni sono legate alla scelta di utilizzare alte frequenze per poter fornire elevate capacità. Da un lato, l’utilizzo di alte frequenze richiede il dispiegamento di molte stazioni radio base (una tecnica chiamata densificazione delle celle nella rete d’accesso). Dall’altro, le tecniche trasmissive richieste per ottenere elevate capacità necessitano di una intensa attività computazionale.

Quanto inquina l’Ict

Già oggi il settore ICT nel suo complesso è responsabile del 3% del totale di emissioni di CO2 nel mondo [1] e questo valore è destinato a crescere rapidamente nei prossimi anni per effetto della rapidissima crescita del traffico dati. Ogni mese la rete Internet trasporta una quantità di dati pari a 1017 byte: l’equivalente di 100 miliardi di foto ad alta definizione, o di un video ad alta definizione della durata di 6000 anni in un solo mese!

Secondo le previsioni di Cisco [2], il traffico dati triplicherà in soli 5 anni. Molteplici fattori concorrono a questa crescita. Tra questi fattori, uno dei più significativi è l’aumento della diffusione dei servizi che richiedono elevata capacità, tipicamente i servizi basati su contenuti video.

Un altro fattore rilevante è la crescita del numero di utenti e della domanda di servizi in tutto il mondo ma in particolare in aree quali l’Africa, con una crescita media annua del 50%, e l’Asia, con tassi di crescita del 30%. Non crescono solo gli utenti “umani”, crescono anche i dispositivi connessi: sistemi digitalizzati, macchine, sensori, robot. Si stima che oggi siano già più di 20 miliardi, 3 volte la popolazione terrestre, i dispositivi connessi in rete; e si stima che questo numero triplicherà in soli 10 anni [3].

Diventa allora sempre più urgente intervenire per rendere sostenibile questa crescita. Sono necessari interventi in ogni settore dell’ICT, ma sarà di particolare importanza agire sulle nuove tecnologie, quali 5G.

Le tre possibili soluzioni

Le direzioni di intervento possibili sono principalmente tre.

  • Innanzitutto, è necessario rivedere il progetto delle reti e dei servizi di telecomunicazioni perché oltre a consumare poco possano operare con sistemi di alimentazione sostenibili, quali sorgenti di energia rinnovabile, anche se generano energia in maniera intermittente e difficile da prevedere.
  • In secondo luogo, troppo poco è stato fatto, e molto si potrebbe fare, a livello di politiche e regolamentazione per indurre buone pratiche che minimizzino gli sprechi, riducano il turn-over dei dispositivi, massimizzino la condivisione delle risorse di rete fortemente energivore.
  • Infine, va promossa una nuova e pervasiva cultura della sostenibilità che è necessaria per aumentare la consapevolezza dei consumatori in tema di energia e per promuovere scelte sostenibili.

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[1] Lotfi Belkhir, Ahmed Elmeligi, ‘’Assessing ICT global emissions footprint: Trends to 2040 & recommendations”, Elsevier Journal of Cleaner Production 177 (2018) 448-463.

[2] Cisco Visual Networking Index: Forecast and Trends, 2017–2022. https://www.cisco.com/c/en/us/solutions/collateral/service-provider/visual-networking-index-vni/white-paper-c11-741490.html

[3] Statista – The portal for statistics, https://www.statista.com/

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