Smart grid

In ingegneria elettronica e delle telecomunicazioni una smart grid è una rete di informazione che affianca la rete di distribuzione elettrica e gestisce la rete elettrica in maniera "intelligente" sotto vari aspetti o funzionalità ovvero in maniera efficiente per la distribuzione di energia elettrica evitando sprechi energetici, sovraccarichi e cadute di tensione elettrica. Tutto ciò avviene attraverso un sistema fortemente ottimizzato per il trasporto e diffusione della stessa, dove gli eventuali surplus di energia di alcune zone vengono redistribuiti, in modo dinamico ed in tempo reale, in altre aree oppure regolando costantemente il dispacciamento tra centrali di autoproduzione elettrica della rete di distribuzione (generazione distribuita) con le centrali elettriche della rete di trasmissione (produzione centralizzata).

Descrizione

Mentre la rete di trasmissione elettrica ad alta e altissima tensione completamente magliata è anche automatizzata per gestire guasti o interruzioni di servizio delle centrali elettriche nella costante opera del dispacciamento, non lo è invece la rete di distribuzione a media e bassa tensione che necessita dunque di una rete intelligente in grado di supportare picchi e buchi di tensione prodotti da una generazione distribuita di energia elettrica agli estremi della rete in centrali di autoproduzione da parte delle energie rinnovabili con caratteristiche di aleatorietà quali eolico e fotovoltaico garantendo ancora una volta il costante dispacciamento assieme alle centrali elettriche di produzione.

Questo sostanzialmente vuol dire creare un'infrastruttura o strato ICT sovrapposto o affiancato alla rete elettrica che metta in comunicazione le centrali di autoproduzione 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. Tale infrastruttura può essere un'infrastruttura di rete TLC ad hoc oppure usufruire della rete elettrica stessa per veicolare informazione sullo stato elettrico della rete stessa (es. tecnologia powerline). Queste reti sono quindi regolate da opportuni software di gestione che realizzano un controllo ad informazione grazie anche a strumenti di monitoraggio intelligenti tenendo traccia di tutto il flusso elettrico del sistema (telegestione), come pure strumenti appunto per integrare energia rinnovabile nella rete. Quando il costo dell'energia diventa minore una smart grid può anche decidere di attivare automaticamente processi industriali oppure elettrodomestici casalinghi.

Molti governi al mondo stanno spingendo verso la costruzione di sistemi di distribuzione e gestione intelligenti dell'energia elettrica, indirizzati all'indipendenza energetica e alla lotta al riscaldamento globale. I contatori intelligenti fanno parte di queste iniziative.

Obiettivi

In linea di principio, la smart grid (conosciuta anche come "rete intelligente" o della "generazione diffusa") è una evoluzione delle reti di energia elettrica che dal XX secolo generalmente “diffondono” l’energia da pochi generatori o centrali a un grande numero di utenti. L'innovazione consente di far viaggiare l’energia elettrica da più nodi 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. Perseguire questo risultato è complesso ma si sta raggiungendo per gradi. Ad esempio, al momento è possibile distinguere le ore di maggiore richiesta dalle ore di minore consumo facendo pagare un costo superiore a chi utilizza l'energia nelle ore di punta attraverso il meccanismo delle fasce orarie e dando contemporaneamente un incentivo maggiore a chi produce nelle medesime ore.

Una "smart grid" può effettuare il routing dell'energia per rispondere a diverse esigenze tecniche. La rete può:

• Rispondere in modo ottimale bilanciando domanda e offerta di energia (dispacciamento).
• Fornire banda dati, con un costo di gestione ridottissimo rispetto alla banda dei servizi di intrattenimento.
• Dividere isole energetiche su scala nazionale e continentale.
• Integrarsi in una Home Area Network, per interagire attraverso varie tecnologie con entità comunicative, anche intelligenti, presenti in casa.

La grid non è una singola rete, ma un insieme di reti, che hanno il compito di mettere in contatto diverse strutture dei produttori di energia (che attualmente si connettono manualmente alla rete nazionale e si organizzano autonomamente) su vari livelli e con una coordinazione automatica. La smart grid aumenta la connettività, l'automazione e la coordinazione tra fornitori, consumatori e rete, per compiere al meglio i lavori di trasmissione e distribuzione dell'energia.

Rispondere a molte condizioni in fornitura e domanda

Gli eventi a cui potrebbe rispondere una smart grid, detta in senso lato, si verificano ovunque nella catena di produzione, di distribuzione e di domanda dell'energia elettrica. Dei casi possono generalmente verificarsi nell'ambiente, per es. nuvolosità che blocca la radiazione solare e riduce la quantità di energia solare o una giornata molto calda che richiede un uso maggiore di aria condizionata. Potrebbero verificarsi commercialmente nel mercato della fornitura di energia elettrica, per es. i consumatori cambiano il loro uso di energia appena vengono stabiliti i prezzi per ridurre l’uso di energia durante un alto picco di domanda. Dei casi potrebbero verificarsi localmente sulla rete di distribuzione, per es. un trasformatore MV non funziona più, richiedendo un temporaneo arresto di una linea di distribuzione. Infine questi casi potrebbero verificarsi in casa, per es. tutti smettono di lavorare, mettendo vari dispositivi in ibernazione, e i dati cessano di fluire a un IPTV. Ogni caso motiva un cambiamento nel flusso di energia.

Funzioni

Le smart grid assolvono quindi diverse funzionalità, oltre a quella del supporto alla generazione distribuita, grazie ad un insieme di strumenti "intelligenti", ed elencate nel seguito.

Autoriparazione

Usando sensori embedded real-time e sistemi di controllo automatici per anticipare, individuare e rispondere a problemi del sistema, una smart grid evita o riduce i problemi di sovraccarico o interruzione dell'energia. Si prevede di utilizzare un sistema automatico capace di apprendimento per individuare cause di guasto e piani di risoluzione, quando vengono risolti problemi della rete con strategie efficaci.

Partecipazione dei consumatori

I consumatori di energia possono beneficiare di una riduzione dei costi, poiché l'efficienza energetica derivante dalla corretta gestione di una smart grid consente una notevole riduzione dei costi di gestione imputabili alle società operanti nel campo. Inoltre, con una rete intelligente, è molto facile per un consumatore scegliere il proprio operatore e in questo modo attivare la concorrenza. Inoltre è più semplice immettere energia in rete per quei consumatori che posseggono piccoli impianti casalinghi. La possibilità di partecipare alla gestione dell'energia elettrica porta a parlare di democratizzazione energetica.

Resistenza agli attacchi

Le tecnologie della rete intelligente consente anche di riconoscere e rispondere a interruzioni manuali della fornitura elettrica. Il sistema dovrebbe consentire di isolare le aree coinvolte e redirezionare il flusso energetico verso altre aree.

Potenza di alta qualità

La stabilità della tensione elettrica che giunge al consumatore è un fattore di qualità importante. Costi economici altissimi attualmente vengono affrontati per garantire questa caratteristica. Le tecnologie smart grid permettono di tenere stabile questa caratteristica molto più facilmente.

Abilitazione del mercato energetico elettrico

Aumentare le possibilità di trasmettere l'energia fa in modo che siano più facili gli approvvigionamenti da soggetti diversi. Quando vendere e produrre elettricità diventa più semplice, si attivano dei mercati su scala diversa e si modificano le leggi che regolano i mercati energetici.

Ottimizzazione dei guadagni

Le smart grid consentono di ridurre alcune voci dei costi di gestione delle infrastrutture tra cui le perdite per il transito dell'energia in quanto viene agevolato il consumo della produzione locale. Per contro esiste una maggiore complessità intrinseca dei sistemi di protezione che devono tenere conto dei flussi energia mantenendo la capacità di distinguere i guasti dai prelievi.

Rendere possibile l'alta penetrazione delle fonti di energia intermittenti

Questioni ambientali renderanno fondamentale l'introduzione di grosse quantità di energia proveniente da fonti rinnovabili. Esse però, per la maggior parte, sono intermittenti. Permettendo l'adattamento e la riorganizzazione dinamica della rete, una smart grid consentirà un uso massiccio di queste fonti.

Smart grid in Italia

L'Italia è la prima nazione del mondo a dotarsi di Smart Grid su scala nazionale nel 2006: la prima rete Smart grid funzionante è stata implementata mediante delle simulazioni in zone limitate da parte di Enel. Quali ,ad esempio,il progetto europeo Grid4eu.

Voci correlate

• Produzione di energia elettrica
• Trasmissione di energia elettrica
• Distribuzione di energia elettrica
• Elettrodotto
• Linea elettrica

Altri progetti

• Commons

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