Smart grid: l’evoluzione della rete elettrica

Con l’avvento di nuovi modelli di energia che si basano su fonti energetiche come le rinnovabili, è necessario un processo di modernizzazione delle reti elettriche ormai obsolete: nascono le smart grid
Smart Grid: l’evoluzione della rete elettrica

La maggior parte delle reti elettriche esistenti sono obsolete e risalgono a quando la distribuzione di energia era semplice e lineare. Ora con l’avvento di nuovi modelli di energia che si basano su fonti energetiche come le rinnovabili, è necessario un processo di modernizzazione delle reti elettriche. Si sente spesso parlare di smart grid, rete intelligente, ma cosa si intende?

Cerchiamo di fare il punto a riguardo andando alla scoperta di questo innovativo modello, delle sue caratteristiche più rilevanti e dei vantaggi che è in grado di offrire.

Che cos’è la Smart Grid: definizione

La Smart Grid è una rete di distribuzione dell’energia elettrica dotata di sensori intelligenti che raccolgono dati in tempo reale per razionalizzare e ottimizzare la distribuzione di energia, minimizzando al contempo sovraccarichi e variazioni della tensione elettrica.

Il sistema è di fatto l’abbinamento di una rete di informazioni a una rete di distribuzione elettrica, è un dialogo bidirezionale in cui l’elettricità e le informazioni possono essere scambiate tra un’utenza e i clienti.

Una rete intelligente è un modo efficace per gestire l’elettricità.

smart grid: reti elettriche intelligenti

Smart Grid ed efficienza energetica

Le Smart Grid sono una soluzione perfetta per un sistema dove la generazione d’energia centralizzata – prodotta da grandi centrali elettriche connesse a grandi reti di trasmissione dell’energia – si è trasformata in distribuita grazie a impianti a energie rinnovabili (non programmabili) che sono situati anche in nodi periferici delle reti di distribuzione. Questo nuove reti sono in grado di integrare nuove tecnologie come quella eolica e solare.

Per gestire questo crescente afflusso di elettricità variabile, i metodi convenzionali di bilanciamento della rete non sono più adeguati. Una volta l’equilibrio tra domanda e offerta veniva regolata attraverso la potenza delle centrali programmabili, termiche e idroelettriche.

Ora occorre agire sulla generazione, regolando l’offerta delle fonti rinnovabili, tramite storage o sistemi di controllo elettronici, o si può agire sulla domanda, facendola salire e scendere in funzione delle necessità di bilanciamento.

Le tecnologie Smart Grid forniscono informazioni dettagliate che consentono agli operatori di rete di vedere e gestire il consumo di elettricità in tempo reale. Questa maggiore comprensione e controllo riduce le interruzioni la necessità di potenza di picco.

L’intelligenza della distribuzione delle Smart Grid neutralizza quindi le fluttuazioni e le interruzioni di energia identificando automaticamente i problemi e reindirizzando e ripristinando l’erogazione di potenza.

Smart Grid e Intelligenza Artificiale

La più grande sfida che si trovano ad affrontare le rete elettriche del futuro sarà quella di trovare un perfetto equilibrio tra la qualità e l’affidabilità della fornitura da un lato e la necessità di integrarsi alla diffusione su vasta scala delle fonti rinnovabili. Una delle prime problematiche riguarda la stabilità della tensione che, di fatto, potrebbe eccedere i limiti massimi e minimi definiti. L’ulteriore rischio che si potrebbe produrre consiste nel sovraccarico di componenti essenziali delle reti elettriche come linee aeree, cavi e  trasformatori.

Una soluzione a questi problemi potrebbe trovarsi nella combinazione sinergica tra Smart Grid e sviluppi dell’Intelligenza Artificiale. L’AI potrebbe a tutti gli effetti rivelarsi l’alleato ottimale per efficientare l’intera filiera dell’elettricità, dalla produzione fino al consumo dell’energia, trasformando in maniera radicale l’intero settore. Il graduale passaggio alle energie rinnovabili richiede infatti l’adozione di strumenti capaci tanto di coordinare le diverse fonti (solare, eolico, geotermico), quanto di prevedere i consumi istantanei.

Inoltre, i sistemi basati sull’Intelligenza Artificiale consentono di ottimizzare gli stessi consumi finali da parte degli utenti. Partendo dai data center fino ad arrivare alla singola presa di un appartamento, si potrà realizzare un interscambio continuo di dati, riuscendo ad anticipare le specifiche necessità e consigliando all’utente finale dei comportamenti virtuosi da seguire nell’ottica del risparmio energetico, come ad esempio la gestione automatica di spegnimento / accensione dei vari dispositivi connessi alle rete così da ridurre il consumo derivante dallo standby.

Tutto ciò renderà così l’intera filiera via via più sostenibile sotto il profilo ambientale.

Componenti e funzionalità delle Smart Grid

Sono diverse le tecnologie che vengono sfruttate per poter rendere il funzionamento delle reti elettriche intelligente. Analizziamo alcune.

Sistemi avanzati di telemisura

Ad oggi le aziende elettriche stanno focalizzando l’attenzione sui sistemi avanzati di telemisura o AMI (Advanced Metering Infrastructure). Lo scopo principale della

telelettura è di poter gestire i contratti degli utenti in maniera dinamica e di adottare tariffe più vantaggiose attraverso lo scambio di informazioni tra il contatore intelligente presso l’utenza e il sistema informativo dell’azienda elettrica.

Simili sistemi consentono di aprire nuove prospettive per le società elettriche che, oltre a poter controllare in maniera proattiva i carichi sulla rete di distribuzione, hanno l’opportunità di proporre nuovi servizi alla propria clientela. Tra questi, ad esempio:

  • la possibilità di offrire contratti personalizzati per utenti particolari, modificando il limite di potenza fornita, applicando tariffe multiorarie più complesse o opzioni analoghe;
  • l’opportunità di staccare da remoto alcuni utenti dalla rete in caso di morosità o in caso di sovraccarico della rete stessa, se previsto a livello contrattuale;
  • la possibilità di avere un controllo maggiore sulla rete di distribuzione così da evitare frodi o prelievi di energia abusivi;
  • l’opportunità di intervenire in maniera automatica quando si è in presenza di un guasto al contatore;
  • la possibilità di minimizzare i disservizi, grazie all’acquisizione immediata di informazioni.

L’insieme di queste opportunità consente di ottimizzare la gestione della rete nel suo complesso, fornendo non solo un servizio migliore alla clientela ma abbattendo una serie di costi correlati a determinate attività.

la nuova era dell'energia punta sulla smart grid

Sistemi di immagazzinamento dell’energia

Le società elettriche stanno realizzando degli investimenti di notevole portata sugli Energy Storage, ovvero i sistemi per l’immagazzinamento dell’energia elettrica. In previsione, è molto probabile che vengano utilizzati in maniera massiccia in abbinamento agli impianti produttivi dipendenti da fonti rinnovabili.

I sistemi di immagazzinamento dell’energia sono in grado di garantire una serie di benefici alla rete di distribuzione, tra cui:

  • minimizzare i flussi di potenza, permettendo così di ridurre gli investimenti necessari per il rafforzamento della rete;
  • contribuire alla stabilità della tensione e della frequenza di rete;
  • ottimizzare l’affidabilità della fornitura;
  • rappresentare un’utile riserva di energia per edifici, industrie e infrastrutture.

Piattaforme di comunicazione integrata

Si tratta di un elemento fondamentale per poter realizzare delle Smart Grid. Tali piattaforme devono essere affidabili oltre a riuscire ad assicurare delle notevoli prestazioni sotto il profilo della velocità di trasmissione dei dati. Il fine è difatti quello di connettere le varie componenti della rete creando un’architettura capace di diffondere informazioni in tempo reale, così da massimizzare l’efficienza del servizio nella sua totalità.

Da un punto di vista delle tecnologie attualmente fruibili, per realizzare delle piattaforme di comunicazione integrata si possono ad esempio utilizzare delle fibre ottiche, delle reti mesh wireless e dei sistemi SCADA per il controllo di supervisione e di acquisizione dei dati.

Metodi di controllo avanzato

Questa gamma di tecnologie include dispositivi e algoritmi sofisticati che permettono di effettuare una rapida diagnosi e analisi delle Smart Grid. A partire dai dati raccolti diviene possibile realizzare delle misure correttive immediate per accrescere l’efficienza della rete e per ridurre le eventuali interruzioni del flusso di corrente.

Contatore intelligente

È un’altra delle componenti fondamentali delle Smart Grid. Il contatore intelligente o Smart Meter consente di ricavare dati puntuali di consumo relativamente all’energia elettrica, creando la rete di comunicazione tra i vari nodi della Smart Grid, monitorando i flussi di energia in entrata e in uscita per gli utenti con un impianto di produzione di energia rinnovabile e fornendo una comunicazione bidirezionale tra consumatori e servizi.

Il principio alla base dei contatori intelligenti è lo Smart Metering, che permette di attuare strategie di efficienza energetica. Difatti, la misurazione e il monitoraggio intelligente dei dati di consumo sono indispensabili non solo per le aziende distributrici di energia ma anche per gli utenti finali che possono essere più consapevoli, agendo conseguentemente per migliorare la rispettiva efficienza.

PMU – Phasor Measurement Unit

Le Smart Grid utilizzano dei sensori ad alta velocità chiamati PMU (Phasor Measurement Unit – Unità di misura Phasor) per effettuare attività quali:

  • ridurre la congestione;
  • monitorare la qualità dell’alimentazione;
  • diminuire o perfino eliminare i blackout.
Smart Grid, mobilità elettrica e V2G

I vantaggi di una Smart Grid

La rete intelligente non consiste solo nel migliorare l’infrastruttura esistente, ma anche nel realizzare il potenziale della rete. In particolare rende possibile:

  • una maggiore efficienza e affidabilità della fornitura di energia elettrica;
  • l’integrazione con le energie rinnovabili;
  • il supporto allo sviluppo di una nuova mobilità sostenibile con veicoli elettrici;
  • lo stoccaggio di energia da parte di utenti;
  • efficacia nella distribuzione dei flussi di energia e flessibilità nella gestione dei picchi della domanda;
  • consapevolezza verso un uso più razionale dell’energia;
  • tutela ambientale e riduzione delle emissioni di CO2.

La Smart Grid si dimostra quindi una rete dotata di grande flessibilità e capace di adattarsi alle crescenti esigenze di efficienza che vengono richieste all’intera collettività per far fronte all’emergenza climatica, correlata alla sovra emissione di gas serra in atmosfera. Siamo quindi di fronte a una tecnologia innovativa che mette l’ambiente al centro della sua attenzione ed è un pilastri della smart city.

Centrale risulta inoltre il ruolo occupato dal consumatore che diviene sempre più attivo, vestendo i panni di prosumer. Tra l’altro, l’insieme dei vantaggi garantiti rende la rete intelligente estremamente conveniente per i clienti finali che possono risparmiare somme ingenti in bolletta, anche grazie alla scelta di offerte luce effettivamente commisurate alle specifiche esigenze.

Le Smart Grid in Italia

L’Italia è uno tra i primi Paesi al mondo ad aver adottato le Smart Grid su scala nazionale, aumentando le opportunità di stoccaggio e di controllo sull’intera rete di distribuzione dell’energia elettrica. Il processo è tuttora gradualmente in espansione e si sta procedendo per fasi. Negli ultimi anni, per favorire lo sviluppo delle Smart Grid sono stati realizzati diversi progetti pilota indetti dalla Comunità Europea e dal nostro Governo.

La scorsa primavera, nell’ambito del Bando Reti Intelligenti, sono stati approvati progetti per 207 milioni di euro destinati al Sud della Penisola, con l’obiettivo di rafforzare l’infrastruttura energetica territoriale e aumentare la diffusione delle fonti rinnovabili. In concreto, gli interventi di “smartizzazione” delle reti hanno coinvolto e coinvolgeranno la Basilicata, la Calabria, la Campania, la Puglia e la Sicilia.

Nel frattempo il Ministero della Transizione Ecologica (Mite) si è attivato per rendere disponibili ulteriori risorse finalizzate al medesimo scopo.

Smart Grid, mobilità elettrica e V2G

Con la crescita esponenziale di veicoli elettrici che si riscontrerà negli anni a venire, l’esigenza di dotare l’intero territorio nazionale di sistemi di ricarica efficienti è destinata a divenire cruciale. In particolare si assisterà a un aumento ragguardevole del consumo di potenza che andrà a impattare sulla rete elettrica.

Allo stato attuale la rete non sarebbe in grado di far fronte a questa esigenza, senza evitare sovraccarichi e conseguenti peggioramenti nella qualità della fornitura. Le Smart Grid hanno tutte le carte in regola per ovviare a tali problematiche, fornendo una serie di soluzioni concrete, come:

  • la riduzione della potenza di carica in casi di sovraccarico e nei momenti di punta;
  • l’uso di tariffe distinte così da motivare gli utenti a optare per fasce orarie
  • differenziate;
  • la modifica della potenza di carica in base alle disponibilità di energia generata dalle fonti rinnovabili;
  • l’utilizzo di sistemi di immagazzinamento dell’energia per dare una risposta ai periodi di sovraccarico.

Tra le tecnologie che puntano sull’intelligenza e sull’ottimizzazione della rete elettrica vale la pena ricordare la Vehicle to Grid (V2G), che coinvolge per l’appunto le vetture elettriche e la loro capacità di rilasciare energia allo stesso sistema che le ricarica. In concreto, la tecnologia Vehicle to Grid permette quindi il flusso elettrico bidirezionale attraverso le colonnine di ricarica tra i veicoli elettrici e la rete: le batterie delle auto possono cedere energia elettrica al sistema in modo tale che quest’ultimo sia in grado di accumularla per gestire i picchi di richiesta. Considerato che la maggior parte delle ricariche saranno effettuate nelle ore notturne questa possibilità consentirà di abbattere ulteriormente i costi.


Articolo aggiornato – Prima pubblicazione luglio 2018

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Alessia Varalda

Ingegnere elettrotecnico con esperienza come Project Manager presso un'importante multinazionale attiva nel settore dell'energia e dell'automazione. La curiosità verso le tecnologie innovative e le soluzioni all'avanguardia nel mondo delle energie (tradizionali e rinnovabili) mi ha portata a lavorare per 14 anni presso un importante editore di riviste tecniche di settore scrivendo di home&building automation, illuminazione, comfort, efficienza energetica e sostenibilità.

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