Il termine sostenibilità è diventato negli ultimi anni prerogativa non solo delle grandi aziende, ma anche dei consumatori che cercano costantemente soluzioni green volte a salvaguardare il pianeta. La transizione energetica, particolarmente evidente dell’abbandono di infrastrutture elettriche tradizionali a favore di opzioni più efficienti e intelligenti, non è però così semplice, considerando la complessità del sistema ormai vincolata a fonti rinnovabili intermittenti e veicoli elettrici di vecchia generazione.
In questo contesto però le Smart Grid sembrano voler accelerare il processo di rivoluzione sfruttando reti intelligenti che hanno la capacità di combinare tecnologie digitali, automazione e comunicazione bidirezionale al fine di ottimizzare le fasi della catena energetica.
Indice degli argomenti
Cosa significa Smart Grid
Affinché si possa comprendere la reale differenza tra un sistema basato sull’elettrico tradizionale e la Smart Grid (SG) è opportuno darne una definizione. Con questa espressione si identifica una rete elettrica avanzata che implementa tecnologie ICT al fine di monitorare e gestire in modo dinamico il flusso di energia. La differenza sostanziale con le reti tradizionali è da ricercare in quattro punti cardine: bidirezionalità, automazione, integrazione dati e infine flessibilità.
Grazie alla bidirezionalità si può gestire non solo l’energia che proviene dalle centrali, ma anche quella che viene prodotta da fonti distribuite, ad esempio, da pannelli solari installati sul tetto. Mentre con l’automazione si possono abilitare funzioni di autoriparazione nelle circostanze in cui si presentino guasti imprevisti.
Ulteriore punto fondamentale è l’integrazione dati, che è resa possibile dai tanti sensori smart meter, IoT e soluzioni software per l’analisi delle previsioni su domanda e offerta. Altrettanto importante è poi la flessibilità, infatti, la Smart Grid consente un adattamento veloce alle innovazioni delle rinnovabili, integrando sistemi di accumulo come batterie domestiche o altro.
Quale ruolo possono avere le reti intelligenti nel futuro energetico
Il passo dalle reti elettriche tradizionali alle Smart Grid non è sicuramente breve, ma rappresenta il fulcro della transizione energetica. Dati alla mano di IEA, con il 30% di energia elettrica globale prevista da eolico a solare entro il 2030, tali soluzioni dovranno fronteggiare due sfide complesse: la democratizzazione dell’accesso all’energia e l’intermittenza delle fonti rinnovabili.
Tali difficoltà possono ridursi con un sistema basato sulla Smart Grid più c’è la possibilità di stabilizzare la rete svincolarsi dalla dipendenza delle centrali a gas di riserva.
Benefici reali delle Smart Grid
Affinché la transizione energetica possa abbracciare le Smart Grid e abbandonare le reti tradizionali sarà indispensabile analizzare i vantaggi che tale soluzione può presentare.
Risparmio economico ed efficienza energetica
Tra i benefici più rilevanti di questo nuovo modo di gestire le reti energetiche c’è l’incremento dell’efficienza energetica, infatti, con le reti tradizionali si disperde circa il 5% dell’energia durante la trasmissione. Ciò è un vero e proprio problema considerando le risorse necessarie per produrre tale energia. La Smart Grid inoltre può abilitare il Demand Response, cioè un sistema di tariffe che si adatta dinamicamente alle esigenze degli utenti, ad esempio, riducendo i costi in specifiche fasce orarie del giorno; si stima, fonte Dipartimento dell’Energia statunitense, un risparmio fino al 15% per i nuclei familiari. Così come c’è un risparmio notevole, circa 20-30%, sui costi per sensori e guasti accidentali, dovuti a un’analisi predittiva dei processi.
Emissioni ridotte
Un altro beneficio rilevante nell’implementare soluzioni Smart Grid è la riduzione delle emissioni di CO2 nell’ambiente. Infatti, ottimizzando il sistema energetico con opzioni rinnovabili si può quasi azzerare l’uso di combustibili fossili, abbattendo fino al 50% di emissioni entro il 2040, come evidenziato nello scenario IRENA.
Sebbene possa sembrare un iter ancora lontano, in realtà ci sono alcuni casi già particolarmente apprezzati. Ad esempio, il progetto Twenties in Danimarca, in cui è stato utilizzato l’eolico offshore in combinazione con le reti intelligenti, si è riscontrata una riduzione di 1.2 milioni di tonnellate di CO2 in un anno. Come è facile dedurre, un sistema di questo genere può contribuire in modo significativo alla qualità dell’aria nell’ambiente, accelerando di fatto una Green Economy globale di cui si sente sempre più la necessità.
Il funzionamento delle Smart Grid
L’idea di adottare sistemi di reti intelligenti si fonda, quindi, sugli enormi vantaggi che tale soluzione può offrire, ma qual è il funzionamento di un sistema del genere?
Tecnologia e infrastruttura
Quando si progetta una Smart Grid è essenziale implementare un’architettura multilivello. Infatti, lo strato fisico include le componenti tradizionali anche ad altri sistemi, come linee elettriche e trasformatori, ma arricchisce il tutto con risorse distributive, come batterie e pannelli solari. Lo strato superiore è invece ad appannaggio dei dati, infatti, vengono collegati milioni di dispositivi, come sensori IoT, smart meter e reti di comunicazione a bassa latenza come 5G e LPWAN che possono trasmettere informazioni utili in tempo reale.
Come è facile intuire, questi dati vengono gestiti da un software che integra tool capaci di ottimizzare il bilanciamento della rete grazie a machine learning e grid management. Alcuni sistemi avanzati aggiungono anche soluzioni blockchain per decentralizzare le transazioni economiche tra utenti. L’ultimo “strato” della Smart Grid è da identificare nella cybersecurity, infatti, sono presenti protocolli come IEC 62351 e la più conosciuta crittografia end-to-end.
Applicazioni pratiche delle reti intelligenti
Per quanto si possa immaginare la reale potenzialità di questo tipo di soluzione, con esempi concreti si può ottenere un quadro più dettagliato.
Grazie alla Smart Grid si possono osservare diverse applicazioni utili, ad esempio, la Brooklyn Microgrid, che collega l’omonima città a New York, ha la capacità di connettere 50 edifici attraverso una rete completamente autonoma e gestita da energia solare e batterie, con scambi via blockchain. Così come in Italia abbiamo un’applicazione nel progetto ADDRESS che con più di 10 mila utenti coinvolti e l’integrazione del Demand Response ha ridotto i picchi di carico del 10%. Ottimi anche i risultati sul fronte industriale, ad esempio, Autogrid Flex ha permesso di integrare energie rinnovabili in tempo reale, ottimizzando l’efficienza nella produzione.
Questi sono solo alcuni esempi già sperimentati, ma in tantissimi Paesi del mondo aziende e privati utilizzano già alternative interessanti, come le micro-reti (microgrid) che hanno la capacità di integrare solare fotovoltaico, batterie e piccoli impianti eolici all’interno di campus universitari e industrie. Nella gran parte dei casi il sistema viene collegato alla rete primaria o in modalità isolata, ottimizzando i consumi energetici locali. Ovviamente una componente essenziale è la scelta del software, infatti, affidarsi a un programma con funzionalità specifiche per il controllo dei consumi può fare la differenza.
Smart Grid e l’integrazione delle fonti rinnovabili
Come evidenziato in precedenza, il rapporto tra Smart Grid e fonti rinnovabili è particolarmente importante. Possiamo riscontrare un’integrazione perfetta tra SG e le soluzioni fotovoltaiche ed eoliche. Infatti, affinché si possa gestire al meglio la variabilità di solare ed eolico, è indispensabile affidarsi a reti intelligenti che implementano modelli di forecasting avanzati, al fine di sfruttare dati satellitari e previsioni meteorologiche numeriche. Così come è molto utile usufruire dell’accumulo distribuito, che può provenire dalle batterie domestiche o dalle utility-scale. L’obiettivo di queste soluzioni è accumulare energia durante il giorno per poi rilasciarla di sera, evitando i combustibili fossili.
Un approccio di questo tipo però necessita di una rilevante promozione, che possa valorizzare la Green Economy. Secondo l’IRENA (International Renewable Energy Agency) le SG potenzialmente potrebbero creare 28 milioni di posti di lavoro nel mondo entro il 2050, incrementando i ricavi di settori come la produzione di hardware e software e dei servizi energetici connessi. Enel X e Terra, in Italia stanno già investendo in Virtual Power Plant, assimilando migliaia di impianti tradizionali e trasformandoli in risorse virtuali. Ciò si traduce in tante opportunità per le PMI e le startup.
Lo scenario delle Smart Grid in Italia
Come evidenziato in precedenza, ci sono diverse aziende che stanno investendo nelle Smart Grid e nelle tecnologie che possono migliorare l’efficienza energetica, ridurre i costi e le emissioni nocive, ma cerchiamo di analizzare più nel profondo il contesto italiano, cercando di capire quali saranno le possibilità di miglioramento in futuro.
Sviluppo e progetti futuri
Nel contesto italiano ci sono diversi progetti in essere, ad esempio, con il PNIEC (Piano Nazionale Integrato per l’Energia e il Clima) l’Italia può beneficiare di 4 miliardi di euro per la digitalizzazione della rete entro il 2030. Uno dei progetti più interessanti è denominato GRID4EU, che nella regione Sicilia ha ridotto del 40% le interruzioni di servizio grazie all’utilizzo di automazione e sensori intelligenti. Un progetto innovativo possiamo analizzarlo anche a Milano, infatti, il Living Lab sta integrano tecnologie Vehicle-to-Grid e fotovoltaico urbano, proiettandosi al futuro con enorme anticipo rispetto alle altre città italiane.
Un approccio di questo tipo comporta anche opportunità per le imprese italiane, infatti, il mercato delle SG vale circa 1.8 miliardi di euro e le aziende possono non solo investire nello sviluppo di software per la gestione delle utility, come Maggioli e Engineering, ma anche in componenti wireless e storage, come FIAMM e SATELLITE.
Ovviamente al momento ci sono ancora tante barriere tecnologiche e normative da rispettare. Le reti italiane sono datate e necessitano di un ammodernamento, così come le normative sono frammentate e rallentano non solo l’installazione degli impianti, ma dilatano anche i tempi di sottoscrizione di contratti agli utenti, ingolfando il processo di transizione energetica.
Che ruolo avranno i consumatori nell’evoluzione delle Smart Grid
L’apporto che i cittadini danno in questa transizione energetica è particolarmente rilevante, infatti, più di 500 comunità energetiche sono attivissime in Italia. Ad esempio, con il progetto SUN a Napoli, i cittadini condividono energia prodotta dagli impianti solari. Così come ENEL X Juice tramite applicazione dedicata consente di monitorare e ottimizzare i consumi in tempo reale, garantendo a chi ha sottoscritto il contratto di verificare come parte attiva i consumi e le emissioni nocive.
Non è un caso che tantissimi utenti sfruttino reti intelligenti installando contatori smart e interfacce domotiche al fine di controllare ogni giorno l’uso dell’energia, riformulando e adattando la domanda in base alle proprie necessità. Ed è proprio nella conoscenza dei consumi oggettivi della propria residenza che ricopre un ruolo essenziale la Smart Grid, poiché il cliente può scegliere e modificare il proprio modus operandi sfruttando solo i reali consumi che ha, senza eccedere.
L’interesse verso cooperative locali aggregate e l’uso sempre crescente di energie rinnovabili permette ai cittadini di combinare più sistemi green, come eolico e fotovoltaico, riducendo l’uso di combustibili fossili. L’e-mobility e le automobili elettriche, con tecnologie come il vehicle-to-grid consentono ai proprietari di inserirsi in un mercato dell’energia come piccoli produttori. Infatti, ogni proprietario di veicoli elettrici può trasformarsi in un fornitore di energia alla rete comune, ampliando la flessibilità al servizio.
Il futuro delle Smart Grid
Considerare le Smart Grid come semplice evoluzione tecnologica è riduttivo, infatti, è più corretto definirle un cambio di paradigma che unisce energia, società e tecnologia. L’Italia dovrebbe coglierne le potenzialità al fine di ottenerne benefici sia in termini economici che ecologici, ma vi è la necessità di modernizzare le infrastrutture e di semplificare la burocrazia. I nuovi incentivi statali saranno un buon trampolino di lancio, ma parte della riuscita della transizione energetica sarà nelle mani dei cittadini.
