Smart Grid

Cos’è una smart grid e a che punto siamo in Italia

La smart grid è la rete di distribuzione dell’energia elettrica dotata di sensori intelligenti che raccolgono informazioni in tempo reale. Ecco qual è il legame con le città, le case, i veicoli e Internet of Things e a che punto siamo in Italia.

La rete elettrica nazionale

Dopo che è stata prodotta – dalle centrali elettriche, termoelettriche o, speriamo sempre più, a fonti rinnovabili –  l’energia elettrica va portata dagli impianti alle città, alle industrie, alle case. Lo fa la rete elettrica, quel gigantesco intreccio di elettrodotti, tralicci, centraline, cavi, contatori che automaticamente trasportano l’energia su e giù per un’intera nazione, e oltre, dato che molte nazioni si scambiano energia, la importano o la esportano. In genere, le reti elettriche attualmente sono “ad albero”, ovvero progettate tradizionalmente per flussi energetici a senso unico, dal centro verso i nodi periferici. Le smart grid sono “a maglia”.

La rete elettrica intelligente, la smart grid

Una rete elettrica si definisce smart – smart grid – se è dotata di sensori intelligenti che raccolgono informazioni in tempo reale per razionalizzare la distribuzione di energia. Le informazioni provengono da una miriade di terminali: dagli utenti, dai grandi nodi, dai contatori, dai veicoli.

La smart grid è cioè l’abbinamento di una rete di informazioni a una rete di distribuzione elettrica. Il nuovo strato informatico gestisce la rete elettrica in modo intelligente sotto vari aspetti o funzionalità, in maniera efficiente per la distribuzione di energia elettrica e per un uso più razionale dell’energia, minimizzando al contempo sovraccarichi e variazioni della tensione elettrica.

La smart grid e le energie rinnovabili

Le smart grid sono una soluzione perfetta per un sistema che non prevede più solo la generazione d’energia centralizzata, cioè prodotta da grandi (e spesso inquinanti) centrali elettriche connesse a grandi reti di trasmissione dell’energia, ma anche una forte presenza di generazione distribuita, anche di piccola taglia, tipica delle miriadi di impianti a energie rinnovabili che sono situati anche in nodi periferici delle reti di distribuzione: parchi eolici, impianti di cogenerazione, i tetti delle case di 800mila italiani.

Le smart grid in Italia

Negli ultimi anni, per fortuna, in Italia s’è aggiunta alla tradizionale generazione elettrica una quantità straordinaria di fonti rinnovabili non programmabili, tra cui 20 GW solo di fotovoltaico. Per gestire questo crescente afflusso di elettricità fortemente variabile, i metodi convenzionali di bilanciamento della rete, che consistono essenzialmente nel regolare la potenza delle centrali programmabili, termiche e idroelettriche, per mantenere in equilibrio domanda e offerta, potrebbero risultar sempre meno adeguati. Occorre introdurre elementi nuovi di flessibilità nella rete: questa è la smart grid. Si può 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. Un altro effetto positivo del fotovoltaico è che adesso l’Italia è in anticipo sugli altri Paesi. Alcuni tasselli di smart grid sono già operativi, come le interfacce che hanno dovuto installare i grandi impianti a fonti rinnovabili negli anni scorsi: la quasi totalità di quelli sopra i 50 kW le ha già. L’Autorità per l’energia ha già concluso la prima sperimentazione di otto progetti di smart grid, di cui uno con accumuli, promossi in varie parti d’Italia.

Internet of Things, veicoli elettrici e smart grid

C’è un link tra impianti di produzione energia, case, contatori e, in futuro, veicoli ed elettrodomestici. Una smart grid è dotata di un sistema di gestione e comunicazione intelligente che connette gli impianti – dove l’energia si produce – ai luoghi dove si consuma, con tutte le tappe intermedie e le diramazioni.

Gli elementi costitutivi e la rete di relazioni di una smart grid © Energy.gov
Gli elementi costitutivi e la rete di relazioni di una smart grid © Energy.gov

Mentre nelle reti elettriche attuali il sistema di distribuzione è automatizzato, la smart grid implica la creazione di un’infrastruttura o strato Ict sovrapposto o affiancato alla rete elettrica, che mette in comunicazione le centrali di produzione sulla rete di distribuzione con le centrali elettriche centralizzate di grande potenza, scambiando con esse informazioni sull’energia prodotta e regolando di conseguenza il dispacciamento dell’energia.

La smart grid non solo individua e previene le perdite di energia, i black out e i sovraccarichi, ma consente anche di supportare le applicazioni del prossimo futuro, dall’Internet of Things alla mobilità sostenibile.

L’idea è quella di introdurre in tutti gli apparecchi elettrici usati in casa, nel terziario o nelle industrie, elettrodomestici, condizionatori, pompe di calore, eccetera, la possibilità di comunicare con un operatore, in modo che questi possa modulare la loro potenza, e regolare in modo fine la domanda di elettricità. Si prevede che entro vent’anni oltre i due terzi degli apparecchi elettrici ed elettronici, dal frigorifero al termostato di casa, saranno connessi alla rete. È del tutto plausibile che la miriade di informazioni che da essi si diramerà, dovrà essere messa in relazione con lo strato informatico della smart grid, così da distribuire informazioni sui consumi, prevedere le fluttuazioni orarie e giornaliere, ridurre o incanalare senza sprechi l’energia elettrica.

Diverranno disponibili interfacce per il demand response, cioè la possibilità dell’utente di variare il proprio uso di elettricità al variare della tariffa, ad esempio rimandando l’uso della lavatrice o abbassando la potenza del condizionatore. Visto che la tariffa elettrica sarà in buona parte proporzionale alla domanda complessiva sulla rete, il demand response sposterà i carichi fra i vari momenti della giornata, bilanciandoli. Naturalmente non sarà l’utente a dover gestire il carico in prima persona: a pensarci saranno sistemi domotici. Tutte le case automobilistiche stanno lanciando linee di veicoli a propulsione alternativa, si assiste a una proliferazione di modelli ecologici, Hyundai che addirittura triplica la scelta su un modello, la Ioniq, offrendola in versione ibrida, ibrida plug-in ed elettrica. A chi si chiede cosa succederà quando saranno milioni – speriamo presto – le auto che la sera dovranno essere attaccate a una presa per fare il pieno di elettricità, tutte insieme, risponde proprio la smart grid. La rete intelligente potrà prevedere questi flussi di richiesta in tempo reale, evitando sul nascere problemi di disponibilità.

Smart grid, funzionamento e vantaggi

La smart grid ha, come caratteristica distintiva, la distribuzione di energia in modo efficiente, sostenibile, economicamente vantaggioso e sicuro.

La rete intelligente utilizza prodotti e servizi innovativi uniti a tecnologie evolute di monitoraggio, controllo e comunicazione. Sono numerosi i benefici che la smart grid promette sia ai clienti che all’ambiente in termini di sostenibilità, razionalizzazione dei consumi, risparmi sulla spesa in bolletta, miglioramento in generale del servizio.

  • affidabilità e qualità nella fornitura dell’energia elettrica
  • integrazione della generazione distribuita da fonti rinnovabili
  • efficacia nella distribuzione dei flussi di energia e flessibilità nella gestione dei picchi della domanda, con conseguente minore necessità di nuovi impianti produttivi
  • consapevolezza per il cliente del proprio stile di consumo e spinta a un uso sempre più razionale dell’energia.
  • disponibilità per i clienti di strumenti per ridurre i consumi
  • diffusione dell’infrastruttura di ricarica per la mobilità elettrica
  • tutela ambientale, miglior supporto alla diffusione delle energie rinnovabili e della mobilità elettrica, contribuendo alla riduzione delle emissioni di CO2
  • aumento del grado di affidabilità.

Smart grid ed evoluzione intelligente

La smart grid è dunque, concettualmente, un’evoluzione delle reti di energia elettrica che dal secolo scorso distribuiscono l’energia generata da poche grandi centrali elettriche a un grande numero di utenti. L’innovazione consente di far viaggiare l’energia elettrica da più direttrici rendendo la rete in grado di rispondere tempestivamente alla richiesta di maggiore o minore consumo di uno o più utenti e rendendo immediata e ottimale la gestione, come un vero e proprio organismo intelligente.

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