Le Smart Grid per un futuro energetico sostenibile e sicuro

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Le Smart Grid per un futuro
energetico sostenibile e sicuro
Un futuro energetico sostenibile richiede un incremento significativo delle fonti rinnovabili e, implicitamente,
l’ammodernamento delle reti elettriche in ottica Smart Grid. Infatti, è oramai diffusa la consapevolezza che
per raggiungere gli obiettivi nazionali ed europei è essenziale integrare sempre più le fonti rinnovabili non
programmabili – elemento cardine della transizione energetica – in modo sicuro ed affidabile nei sistemi
elettrici, ammodernandoli e potenziandoli con il supporto di tecnologie informatiche e di comunicazione.

DOI 10.12910/EAI2020-043

di Maria Valenti, Responsabile Laboratorio Smart Grid e Reti Energetiche, ENEA - Giorgio Graditi, Direttore del Dipartimento
Tecnologie Energetiche e Fonti Rinnovabili, ENEA

L
        ’energia sostenibile, accessibile    elettriche sostitutive delle attuali reti     a priori, ovvero non coordinabili
        e sicura dovrà essere il para-       di distribuzione, ma un nuovo modo            centralmente dal gestore di rete di
        digma di sviluppo dei sistemi        di utilizzare le reti preesistenti, op-       distribuzione. Pur tuttavia, in questo
        energetici futuri per preservare     portunamente rinnovate e potenzia-            scenario gli operatori di rete si trova-
il nostro Pianeta e i suoi abitanti. L’e-    te mediante l’utilizzo di tecnologie          no a dover comunque garantire l’ade-
lettrificazione dei consumi energetici       informatiche e di comunicazione.              guatezza del sistema elettrico. Diviene,
con un utilizzo diffuso e distribuito        Gli odierni sistemi elettrici (Figura 1),     pertanto, fondamentale intervenire
delle fonti rinnovabili e meccanismi         concepiti quando l’energia elettrica ve-      sulle attuali reti con processi di ristrut-
di integrazione «intelligente» nelle         niva prodotta principalmente dai com-         turazione e smartizzazione, economi-
reti elettriche, è uno degli strumenti       bustibili fossili, sono essenzialmente        camente sostenibili e attuabili in tempi
fondamentali per realizzarlo: in bre-        reti unidirezionali progettate per vei-       ragionevolmente brevi, per accogliere
ve, un connubio tra fonti rinnovabi-         colare flussi di potenza dai generatori       quote crescenti di energie rinnovabili
li e Smart Grid, come presupposto            convenzionali – centrali termoelettri-        e generazione distribuita. E questi in-
implicito degli obiettivi energetici         che di grossa taglia attestate a livello di   terventi risultano ancor più urgenti se
nazionali ed europei. Infatti, è ora-        trasmissione e gestite dagli operatori        si considera l’obiettivo di crescita delle
mai diffusa la consapevolezza che            di rete – agli utenti finali della rete di    rinnovabili introdotto dal Piano Na-
l’ammodernamento delle reti elettri-         distribuzione con un approccio di tipo        zionale Integrato Energia e Clima [1]
che in ottica Smart Grid è essenziale        top-down.                                     con le fonti rinnovabili che, al 2030,
per integrare le fonti rinnovabili non       Con il diffondersi di numerosi im-            dovranno coprire una quota del 30%
programmabili – elemento cardine             pianti di generazione a fonte rin-            dei consumi finali lordi di energia ri-
della transizione energetica – in ma-        novabile non programmabile, di                spetto al 18,3% del 2017.
niera sicura ed affidabile nei sistemi       piccola taglia e dislocati lungo la
elettrici.                                   rete di distribuzione (generazione            Le Smart Grid: un sistema integrato
Ma che cosa sono le Smart Grid? E            distribuita), ai sistemi elettrici viene      di reti elettriche e ICT
come stanno cambiando le attuali             richiesto di funzionare come sistemi
reti? Le reti elettriche intelligenti, più   bidirezionali, riuscendo ad accoglie-         Pur non essendo disponibile una defi-
comunemente note con il termine in-          re la produzione elettrica provenien-         nizione univoca, le Smart Grid posso-
glese di Smart Grid, contrariamente a        te da molteplici nodi di generazione,         no essere considerate reti in cui i flussi
quanto spesso si crede, non sono reti        generalmente non programmabili                di dati fungono da driver per i flussi

                                                                                       2/2020 | Energia, ambiente e innovazione   105

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Fig. 1 Sistema elettrico tradizionale verso smart grid

energetici grazie alla sovrapposizione         mento delle risorse;                         vi fisici della rete non rispondono più
concettuale di più infrastrutture (Fi-         • minimizzare i costi e gli impatti          alla sola logica centralizzata ed unidi-
gura 2). In accordo con la definizione         ambientali;                                  rezionale dei sistemi tradizionali, ma
della IEA (International Energy Agen-          • massimizzare l’affidabilità, la stabi-     sono il risultato di logiche di gestione
cy), una Smart Grid è un sistema di            lità e la resilienza della rete.             avanzata che gestiscono, in tempo rea-
reti elettriche che utilizza la tecnolo-                                                    le, i flussi di energia e potenza determi-
gia digitale per monitorare e gestire          Sensoristica di misura, dispositivi di       nando i valori di setup «ottimali» per
il trasporto di elettricità da tutte le        attuazione e automazione, apparati           le risorse distribuite di generazione e
fonti di generazione per soddisfare le         informatici e di comunicazione ren-          carico. Basata su modellizzazione ma-
diverse richieste di energia elettrica         dono possibile lo scambio informa-           tematica, tecniche di intelligenza ar-
degli utenti finali. Una logica centrale       tivo e l’invio di segnali di comando,        tificiale e programmazione avanzata,
consente di coordinare le esigenze e le        controllo e automazione dal sistema          l’intelligenza di una rete smart:
capacità di tutti i generatori, operatori      di gestione digitale - l’intelligenza        • consente un utilizzo coordinato
di rete, utenti finali e parti interessate     della rete - agli apparati fisici dell’in-   delle risorse distribuite contribuendo
del mercato elettrico al fine di:              frastruttura elettrica. I segnali di con-    ad una effettiva valorizzazione delle
• ottimizzare l’utilizzo e il funziona-        trollo ed attuazione inviati ai dispositi-   stesse;

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Fig. 2 Schema concettuale multilayer di una smart grid [2], [3]

• abilita l’integrazione in rete di quote     getiche, un’unità focalizzata su studio,       delle reti elettriche, a breve anche alcu-
crescenti di generazione non pro-             analisi e ricerca e sviluppo di tecnolo-       ne utenze domestiche saranno oggetto
grammabili con benefici ambientali            gie, metodologie e dispositivi per ap-         della sperimentazione della nanogrid,
e maggior creazione di valore per             plicazioni nel settore delle Smart Grid        ovvero saranno dotate di apparati di
tutta la filiera energetica.                  e delle reti e microreti energetiche in        misura e sensoristica per lo scambio di
• rende più flessibile il rapporto pro-       presenza di poligenerazione distribu-          informazioni circa i propri dati di con-
duttore-consumatore aprendo a nuovi           ita e accumulo energetico. Al fine di          sumo ed i parametri ambientali: in tal
meccanismi di offerta basati sul coin-        validare i risultati della ricerca, non        modo sarà possibile emulare e speri-
volgimento attivo dell’utente (consu-         solo in ambiente di simulazione, nei           mentare «reali» aggregazioni di utenze,
matore e prosumer) e favorendo alla           laboratori del Centro Ricerche ENEA            che rappresentano un elemento cardine
formazione di comunità energetiche            di Portici è stata progettata e realizzata     nella transizione verso nuovi modelli
sia locali che diffuse.                       una nanogrid sperimentale.                     energetici nel breve periodo.
                                              La nanogrid costituita da bus in cor-          Quali prospettive, dunque, per le Smart
Le Smart Grid nel contesto                    rente alternata (AC) e corrente conti-         Grid? Nel futuro saranno reti energe-
applicativo                                   nua (DC) che operano a diversi livelli         tiche integrate e multivettore, in cui
                                              di tensione (bassa e media), permette          logiche digitali, avanzate e ancor più
Ad oggi, le applicazioni Smart Grid           di emulare diversi scenari energetici e        articolate di quelle sopra descritte,
disponibili in contesto reale sono pre-       validare specifiche configurazioni di          consentiranno una gestione integrata
valentemente di tipo prototipale. Lo          rete, dispositivi di controllo e protezio-     e coordinata dei fabbisogni energetici
sviluppo effettivo su larga scala, infatti,   ne, strategie di gestione basate su tecni-     (termico ed elettrico), favorendo uno
è ancora ostacolato da barriere sociali,      che di ottimizzazione multi-obiettivo e        sfruttamento ancora più efficace della
tecnologiche e normative, il cui supe-        algoritmi di intelligenza artificiale per      generazione da fonti rinnovabili, ga-
ramento richiede lo sforzo congiunto          la previsione dei carichi e della gene-        rantendo adeguati livelli di resilienza
dei diversi stakeholder coinvolti e non       razione1. Numerosi generatori, sistemi         e flessibilità del sistema e facilitando,
può prescindere da un costante impe-          di accumulo e carichi rigenerativi, oltre      così, il raggiungimento dei target fis-
gno in termini di ricerca, innovazione        a fonti di generazione rinnovabile reali       sati nel Piano Nazionale Integrato per
e sperimentazione. A partire da questi        e/o emulati (fotovoltaico, eolico ecc.) e      l’Energia e il Clima (PNIEC). Proprio
presupposti, in ENEA è stato creato,          una stazione di ricarica per veicoli elet-     alla luce di tale evoluzione, è già in fase
all’interno del Dipartimento Tecnolo-         trici, realizzano l’infrastruttura. Inoltre,   di progettazione l’ampliamento ed inte-
gie Energetiche e Fonti Rinnovabili, il       al fine di ricreare un ambiente empiri-        grazione della nanogrid in essere con
Laboratorio Smart Grid e Reti Ener-           co «rappresentativo» del contesto reale        una rete termica.

                                                                                         2/2020 | Energia, ambiente e innovazione   107

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        Progetto H2020 Interplan, Progetto ComESto-Community Energy Storage - PON ricerca e innovazione 2014 - 2020 MIUR -
        ARS01_01259; Progetto Modelli e strumenti per incrementare l'efficienza energetica nel ciclo di produzione, trasporto, dis-
        tribuzione dell'elettricità - Piano Triennale di Realizzazione 2019-2021 della Ricerca di Sistema Elettrico Nazionale 2019-2021

       BIBLIOGRAFIA

       1. https://www.mise.gov.it/images/stories/documenti/PNIEC_finale_17012020.pdf
       2. Rajalingham G., Gao Y, Ho Quang-Dung, Le-Ngoc T. “Quality of service differentiation for smart grid neighbor area networks
          through multiple RPL instances”, Conference: 10th ACM International Symposium on QoS and Security for Wireless and
          Mobile Networks DOI: http:/dx.doi.org/10.1145/2642687.2642695 (2014)
       3. S. Clerici, Le linee Guida per l’ACB delle Smart Grid, Seminario ANIE (2018)

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