Solo uno sforzo congiunto e coordinato tra le varie nazioni può fare fronte alla sfida fondamentale della creazione di una grande rete europea di distribuzione elettrica intelligente.
di Andrea Del Duce
La recente pubblicazione della versione finale dello Strategic Deployment Document (SDD) da parte della Piattaforma Tecnologica Europea sulle Reti Elettriche del Futuro (www.smartgrids.eu) offre l’occasione per fare il punto sullo stato attuale delle reti elettriche e sui cambiamenti che questa infrastruttura dovrà subire per essere in grado di affrontare efficacemente le sfide energetiche del futuro. L’SDD ribadisce, infatti, l’urgente necessità di un completo ripensamento delle reti elettriche verso un modello di rete intelligente, o smart grid, che richiederà investimenti pari ad almeno 500 miliardi di euro fino al 2030, senza i quali sarà estremamente difficile soddisfare in futuro il crescente fabbisogno energetico europeo e rispettare i vincoli climatici che la Comunità Europea si è prefissata.
Le attuali reti elettriche sono, infatti, concettualmente molto vicine ai loro primi antenati, in quanto restano ancora basate su un modello unidirezionale e passivo, in cui un numero piccolo di grandi centrali elettriche genera tutta l’energia elettrica che viene poi trasmessa e, infine, distribuita a un numero elevato di utenti sparsi sul territorio, spesso anche a notevoli distanze dalle centrali.
Gli svantaggi di un tale sistema sono molteplici e vanno, per citarne solo alcuni, dalle elevate perdite subite lungo il collegamento dalle grandi centrali alle utenze, alla difficoltà di agire tempestivamente in caso di black-out di grandi dimensioni per evitare quell’effetto valanga che, per esempio, mise al buio buona parte dell’Italia nel settembre del 2003, all’impossibilità di gestire efficacemente flussi di energia per convogliarli dove necessari. Uno dei problemi principali, però, riguarda l’impossibilità di sfruttare al meglio fonti di energia pulite e rinnovabili quali, per esempio, quella eolica o quella fotovoltaica. Essendo queste sparse sul territorio e di natura intermittente, male si sposano, infatti, con la sostanziale unidirezionalità della rete di distribuzione tradizionale e con la sua necessità di stabilità.
Le smart grids e i prosumers energetici
Ma cosa è allora una smart grid, una rete intelligente? Il modello di riferimento è quello di un Internet per l’energia in cui il connubio tra ICT (Information and Communication Technology) e tecnologia verde porta a un sistema energetico realmente efficiente e pulito. Non si parla più di un flusso unidirezionale di energia da poche, grandi centrali verso tutte le utenze, ma di una rete estesa in cui ogni nodo può rappresentare sia un produttore sia un consumatore, a seconda che in un certo istante esso immetta energia nella rete (per esempio, una casa con tetto fotovoltaico durante una giornata di sole) o la prelevi. In questa visione, la rete deve essere in grado di sostenere una completa penetrazione di piccole fonti di generazione, passando da un sistema centralizzato di produzione elettrica a uno distribuito. Ogni utente è inoltre dotato di uno smart meter, ossia di un contatore digitale in grado di comunicare con il resto della rete. La rete è tenuta sotto controllo da un sistema esteso di monitoraggio e di intervento, collegato telematicamente con delle centrali di decisione sia automatizzate sia sottoposte a verifica umana.
Il rivoluzionamento di un sistema così vasto, capillare e complesso come la rete elettrica non può certamente avvenire dall’oggi al domani e richiede un insieme di interventi importanti. Dei 500 miliardi di euro di investimenti menzionati nell’SDD (altre stime parlano addirittura di 750 miliardi nei prossimi trent’anni) all’incirca la metà riguarderebbero nuovi impianti di generazione, un po’ meno della metà interventi sulla rete di distribuzione, mentre solo poco più del 10 per cento servirebbero per la rete di trasmissione. Nell’ottica di un sistema elettrico distribuito è, infatti, la rete di distribuzione che, dovendo essere in grado di gestire un numero elevato di piccole centrali sparse sul territorio, avrà bisogno degli interventi maggiori.
Una volta realizzato, tale sistema consentirebbe innanzitutto di ottenere una diffusione illimitata di fonti energetiche pulite e rinnovabili. Inoltre, passando a un sistema di generazione distribuito, si ridurrebbero le perdite di trasmissione. L’energia elettrica sarebbe, in buona parte, prodotta lì dove viene consumata. Ma non solo. Un sistema distribuito di generazione basato su un numero elevato di microgeneratori porterebbe con sé altri vantaggi nel campo dell’efficienza. Si stanno diffondendo sempre di più, infatti, sistemi cosiddetti di cogenerazione e trigenerazione, in cui il calore prodotto dalla combustione di biofuel durante la generazione pulita di elettricità, viene poi utilizzato per la regolazione termica degli ambienti, ottenendo un’efficienza finale di sistema estremamente elevata.
Una rete elettrica in grado di comunicare permetterebbe, inoltre, di gestire più efficacemente i momenti di elevata richiesta energetica (peak demand), situazioni che possono diventare critiche e in cui, per garantire il servizio, si utilizzano dei generatori ausiliari in stand-by, il cui uso limitato nel tempo ne fa una risorsa economicamente gravosa e poco efficiente. Un modo per ridurre il picco di massima richiesta è quello di una più accurata regolazione dei consumi, che si può ottenere con l’uso congiunto degli smart meter e di sistemi di gestione automatizzata dei carichi delle utenze. Prendendo l’esempio di una casa, si può pensare di caricare una lavatrice e di collegarla a una centralina di controllo, a sua volta in comunicazione con lo smart meter, che metterà in funzione la lavatrice solo quando avrà verificato attraverso lo smart meter di essere fuori dalla fascia di peak demand. Essendo poi la fascia di peak demand il momento in cui l’elettricità costa di più, è possibile ottenere un notevole risparmio sulla bolletta adottando questi sistemi automatizzati di gestione della casa. Al livello di sistema di distribuzione, invece, con un appiattimento del picco di massima richiesta si può risparmiare sull’utilizzo di generatori di stand-by o, addirittura, limitare il numero di nuove centrali da costruire.
Per finire, un altro dei fondamentali vantaggi della smart grid è legato alla sicurezza, sia della rete stessa sia del servizio agli utenti. Attraverso una rete estesa di sensori per il monitoraggio e di sistemi di sezionamento azionati a distanza, sarebbe possibile individuare tempestivamente eventuali guasti o malfunzionamenti della rete elettrica e provvedere immediatamente all’isolamento della zona interessata, evitando che i disturbi si propaghino e limitando il numero di utenti colpiti da eventuali interruzioni di servizio.
Un progetto paneuropeo
Come passare allora all’implementazione di una smart grid, un progetto complesso sia per il suo carattere pervasivo sul territorio sia per il coinvolgimento di diverse categorie industriali e professionali quali, solo per citarne alcune, l’industria della generazione, trasmissione e distribuzione dell’elettricità, i produttori di dispositivi di telecomunicazione e di elettrodomestici o gli enti regolatori?
In realtà, dal punto di vista tecnologico, gran parte degli elementi necessari per la realizzazione di una smart grid già esistono. Sono i costi che, al momento, visto il limitato utilizzo di molti dei dispositivi necessari in questi sistemi, restano proibitivi. Per ovviare a questo problema, si è iniziato un lavoro interdisciplinare di ricerca e sviluppo che tocca un vasto numero di settori tecnologici, quali lo studio dei superconduttori per ridurre le perdite di connessione, lo sviluppo di protocolli e sistemi di telecomunicazione per gestire lo scambio di informazioni tra i vari dispositivi, la realizzazione di efficaci e sicuri algoritmi decisionali che consentano di implementare un elevato livello di automatizzazione nella gestione della rete, fino allo sviluppo di tecniche di predizione meteorologica per stimare le risorse energetiche a disposizione, in un certo arco di tempo, in funzione delle condizioni di sole e vento di una regione geografica. Inoltre, una delle fondamentali questioni che dovranno essere risolte riguarda la realizzazione di forme convenienti di stoccaggio dell’energia elettrica per immagazzinare eventuali eccedenze (e, in particolare, quelle provenienti da fonti energetiche la cui produttività è legata alle condizioni meteorologiche ed è quindi poco controllabile), per riutilizzarle in momenti di maggiore richiesta. Certamente, visto l’insieme estremamente eterogeneo di dispositivi che dovranno lavorare in un unico sistema e la moltitudine di soggetti che dovranno interagire, due delle grandi barriere che potrebbero rallentare lo sviluppo delle smart grids sono legate alla questione della standardizzazione e all’efficace intervento degli organi regolatori.
Per fare fronte a tutti questi problemi, l’Unione Europea riunisce, attraverso la Piattaforma Tecnologica Europea sulle Reti Elettriche del Futuro, il mondo della ricerca e quello dell’industria con il compito di creare una visione comune tra gli Stati membri sullo sviluppo futuro delle reti di distribuzione elettrica europea. Oltre a definire una strategia comune di lavoro (riassunta nella Strategic Research Agenda e nell’SDD), l’Unione Europea stimola l’implementazione di una smart grid europea anche attraverso il finanziamento di una serie di progetti di ricerca all’interno del Seventh Framework Programme, uno dei principali organi per lo stimolo della conoscenza in Europa.
L’Italia sta partecipando in modo estremamente attivo allo sviluppo delle smart girds. Sia attraverso la presenza di enti quali ENEL e Terna nella specifica piattaforma tecnologica europea, sia attraverso la partecipazione a diversi progetti di ricerca internazionali e nazionali di molti esponenti del mondo dell’industria, dei centri di ricerca e delle università. Uno di questi progetti è ADDRESS (Active Distribution Networks with Full Integration of Demand and Distributed Energy Resources). Iniziatosi nel 2008 con un budget di 16 milioni di euro per un’attività di 4 anni, questo progetto mira a ottenere una più ampia partecipazione attiva nel sistema energia di piccoli produttori, sia privati sia commerciali, e vede tra i suoi partecipanti sia l’ENEL sia l’Università di Siena e quella di Cassino. Anche ENEA ed ERSE partecipano a diversi progetti inerenti alle smart grids e sono i coordinatori di una recente iniziativa della EERA (European Energy Research Alliance), che riunisce numerosi centri di ricerca europei per armonizzarne l’attività di ricerca, concentrandosi su quattro settori principali: funzionamento della rete, gestione dell’energia, interoperabilità del sistema di controllo e informativo, tecnologie di stoccaggio elettrico.
Per quanto concerne i progetti realizzati sul territorio, ha suscitato molta attenzione, anche a livello internazionale, il progetto ENEL Telegestore, che ha portato all’installazione su vasta scala di contatori digitali che consentono il telerilevamento dell’energia elettrica consumata e prodotta dai singoli clienti e il monitoraggio da parte del cliente della tariffa elettrica in atto. Toccando un totale di più di trenta milioni di clienti, questo programma è attualmente riconosciuto come uno dei più vasti progetti, su scala mondiale, nel campo delle smart grids.
Sul versante istituzionale, il Ministero dello Sviluppo Economico ha annunciato a febbraio lo stanziamento di 77 milioni di euro per interventi sulla rete elettrica in media tensione nel Sud d’Italia, interventi che renderanno più efficiente l’immissione in rete dell’energia prodotta da impianti fotovoltaici di taglia medio-piccola. A marzo, invece, è stato lanciato dall’Autorità per l’Energia Elettrica e il Gas un programma di incentivi per progetti pilota nelle reti attive di distribuzione e dimostrazioni in campo di tecnologie inerenti alle smart grids.
Ogni paese si presenta oggi con una rete elettrica che può avere caratteristiche e problematiche specifiche diverse e non esiste una ricetta unica per trasformare le varie reti nazionali in smart grids. Ma oltre alla dimensione nazionale, è con uno sforzo congiunto e coordinato tra le varie nazioni, al fine di limitare la frammentazione di sapere scientifico e delle risorse economico-industriali, che potrà essere affrontata al meglio la fondamentale sfida per la creazione di una grande smart grid europea e per il conseguimento dei traguardi climatici ed energetici che l’Unione Europea si è prefissati.
