Smart Grid e reti di distribuzione

• 
• Tweet
• Pin It
• Condividi per email

L’aumento della popolazione e quindi l’aumento della domanda di energia elettrica ha reso necessaria una rete intelligente di distribuzione (da qui il nome Smart Grid) dell’energia elettrica. Smart Grid significa flessibilità ovvero: inviare il surplus di energia in particolari aree che ne necessitino.
Oltre all’aumento della domanda di energia elettrica si è reso necessario a sua volta anche ridurre il consumo per contrastare la lotta al riscaldamento globale. A livello mondiale vengono consumati all’incirca 15-20 TW di energia ogni giorno. Fra 50-60 anni ne sarà necessaria una quantità doppia e qui nasce il problema di dove trovare questa ulteriore energia. Quindi, le Smart Grid devono ulteriormente svilupparsi, garantendo una distribuzione sempre più efficiente; in particolare necessitano di ulteriori standard aperti e inter-operabili, come Internet. Le Smart Grid (Fig. 1) consentono infatti anche il funzionamento su una rete comune a più dispositivi, nello stesso modo in cui funziona il World Wide Web.

Fig. 1 – Esempio di una Smart Grid

Oggi le Smart Grid fanno uso di sensori wireless che permettono di osservare e controllare la quantità di energia consumata, le problematiche dei black out oppure i guasti nella rete elettrica, individuandone la posizione. Nello stesso tempo gli utilizzatori saranno in grado di valutare il proprio consumo.
La generazione elettrica distribuita si riesce a integrare fin che si tratta di quantitativi modesti, ma una rapida diffusione comporterebbe un degrado dell’attuale sistema. La Smart Grid, quindi, dovrà essere progettata per promuovere l’uso di micro-generazione e dovrà essere in grado di gestire flussi energetici bi-direzionali. L’uso di fonte rinnovabili (Fig. 2) pone anche un problema sul controllo, in quanto sistemi di questo tipo sono in generale privati e rende difficile un controllo centralizzato da parte del gestore di rete elettrica.

Fig. 2 – Produzione di energia verde in Italia

Con il concetto di Smart Grid viene quindi superata la visione classica di rete elettrica, ovvero non più una rete di distribuzione passiva che trasporta l’energia in una sola direzione, cioè da grandi centrali di generazione a tanti piccoli punti dove sono dislocati gli utilizzatori. Non più solo un controllo centralizzato, con linee, trasformatori e altri sistemi elettrici; ma anche flussi di potenze bidirezionali con reti attive, fatte di elettronica, informatica e comunicazione.

Struttura della Smart Grid
Una rete di informazioni (basata su IP) che viene sovrapposta a una rete elettrica tradizionale rende i nodi di consumo comunicativi con la rete di distribuzione al fine di rendere l’intera struttura distribuita, sicura e reattiva nei confronti delle richieste dei consumatori e delle possibilità di offerta degli operatori (Figg. 3 e 4). La rete di comunicazione necessaria alla realizzazione di una Smart Grid può essere suddivisa nelle seguenti segmenti:
1) La rete domestica (Home Area Network), che interconnette i meter delle utilities energetiche, quali contatori di elettricità, gas, con i sistemi locali di controllo, quali gli impianti di micro-generazione e accumulo energia.
2) La rete di quartiere (Neighborhood Area Network), consente di gestire il bilancio energetico.
3) La rete metropolitana (Wide Area Network), che convoglia i dati alle utilities.
4) La rete Inter-Grid, che permette la comunicazione tra Smart Grid di diversi Paesi.

Fig. 3 – Segmenti di comunicazione per una Smart Grid

Fig. 4 – Dettagli dei segmenti di comunicazione per una Smart Grid

Per rendere disponibile in real time i profili di consumo, sia agli utenti sia ai gestori, vengono utilizzati smart meter connessi a una rete di comunicazione broadband. Lo smart meter gestisce il flusso di comunicazione bidirezionale, requisito mal soddisfatto dalle tecnologie PLC.
La conoscenza dell’andamento dei consumi in real time, permette al gestore delle reti energetiche di realizzare sistemi di maggiore dinamicità, decentralizzando la gestione delle reti stesse e garantendo maggior interattività; permette inoltre a chi utilizza energia una maggior consapevolezza nella spesa energetica.

Fig. 5 – Esempio di una Smart Grid

Il meter (Fig. 6) è dotato di interfaccia di comunicazione bi-direzionale e trasmette i dati di lettura verso un sistema di memorizzazione che li renderà disponibili ai sistemi di gestione. Il protocollo di comunicazione dei dati di lettura può avvenire con il WAN oppure mediante RF low power.

I 3 elementi (elettronici) base di una Smart Grid possono essere elencati di seguito:
• Un sistema informatico/elettronico che controlla la rete via remoto attraverso sensori e sistemi elettronici posizionati nelle utenze.
• Sistema elettronico per la trasmissione dati in real time.
• Sistema di controllo decisionale in real time, capace di elaborare dati di valutazione energetica per intervenire sulla rete interagendo con le utenze.

Funzionalità della Smart Grid
Le Smart Grid (Fig. 4) assolvono varie funzioni grazie a un insieme di strumenti elettronici “intelligenti”; tra le principali funzioni si segnalano:
• Autoriparazione: attraverso sensori e sistemi di controllo permette di individuare e addirittura anticipare i problemi quali l’interruzione di energia.
• Riduzione dei costi: i consumatori possono beneficiare di costi minori per la spesa energetica.
• Potenza di alta qualità: fattore importante che dipende dalla stabilità della tensione elettrica che giunge all’utilizzatore.
• Fonti di energia intermittenti: gestire le fonti di energie rinnovabili.

Inoltre, gli obiettivi di una Smart Grid possono essere riassunti nei punti seguenti:
• Rendere più facile la connessione alla rete di dispositivi di produzione di generatori di tutte le tecnologie.
• Permettere all’utente di essere parte dell’ottimizzazione del sistema (DSM).
• Rendere disponibile al consumatore più informazioni nella scelta del fornitore.
• Ridurre l’impatto ambientale.
• Aumentare l’efficienza e sicurezza del servizio.

Nel 2006 l’Italia è stata una delle nazioni a dotarsi di Smart Grid nel 2006: la prima funzionante implementata su zone limitate nell’ambito del progetto europeo Grid4eu.

Progetti Smart Gri
d
Il progetto GRID4EU (Grid for EU) è stato lanciato ufficialmente a Parigi nel novembre del 2011. L’obiettivo è l’applicazione su larga scala delle soluzioni avanzate di Smart Grid per l’Europa. Il coordinamento tecnico del progetto è affidato a Enel. La durata è di 4 anni e coinvolge un consorzio di 27 partner che provengono da tutta l’Europa.
L’obiettivo del progetto GRID4EU è individuare le capacità potenziali delle Smart Grid per quanto riguarda l’integrazione delle energie rinnovabili nella rete network elettrica, ma anche lo sviluppo della mobilità elettrica favorendo una gestione più efficiente.

Fig. 6 – Esempio di un protocollo Smart Grid (OSGP) basato su contatore intelligente in uso in Europa, con capacità di ridurre il carico, interagire a distanza e interfaccia per contatori gas e acqua

Il progetto Address (Active Distribution network with full integration of Demand and distributed Energy RESourceS) è su larga scala, finanziato dalla comunità Europea e avviato già nel 2008 (durata 4 anni) per lo sviluppo di reti di distribuzione. Il progetto è coordinato da Enel con 25 partner di 11 Paesi europei con centri di ricerca e aziende impegnate della fornitura di energia elettrica, produzione di elettrodomestici e sistemi elettronici per la distribuzione. Il progetto Address offre soluzioni per piccoli e medi consumatori; diverse sono le dimensioni affrontate dal progetto: esercitare il funzionamento della rete coinvolgendo consumatori e aziende di distribuzione, cercare nuove soluzioni socio-economiche per soddisfare al meglio le esigenze dei consumatori, definire un’architettura di comunicazione tale da integrare in real time clienti e altri soggetti del mercato.

Maurizio Di Paolo Emilio

• 
• Tweet
• Pin It
• Condividi per email