Le Smart Grid

In un futuro molto prossimo la rete elettrica sarà destinata a cambiare ruolo e funzioni. Da rete passiva dovrà necessariamente diventare rete attiva, intelligente (smart grid), capace di gestire e regolare più flussi elettrici che viaggiano in maniera discontinua e bidirezionale, non più unidirezionale secondo il vecchio schema di una generazione centralizzata su centrali di grossa taglia.

Infatti, da un lato la progressiva diffusione di impianti di media e piccola dimensione porterà i luoghi di produzione sempre più vicino a quelli del consumo, in alcuni casi coincideranno, dall’altro non si potrà non tener conto che i flussi di energia derivanti da quelle centrali a fonti rinnovabili sono necessariamente legati ad eventi casuali e non prevedibili quali le condizioni atmosferiche. Questo significa che tensione e frequenza dell’elettricità sono destinati a subire variazioni con il risultato che le linee elettriche, maggiore sarà la loro diffusione, sempre più saranno sottoposte ad elevati livelli di stress. La rete elettrica nazionale attuale non è in grado di gestire un sistema complesso di flussi elettrici provenienti da un molteplicità di piccole centrali distribuite omogeneamente sul territorio e i cui flussi di energia prodotti siano altamente variabili nel tempo o a volte addirittura discontinui. La soluzione è dunque un passaggio graduale ad una rete intelligente.

Attualmente esistono già piccole reti che riproducono al loro interno la struttura di produzione e distribuzione dell’energia adattandosi alle esigenze di un limitato gruppo di utenti. Si tratta delle “microgrid”, che possono essere o meno connesse alla grande rete di distribuzione pubblica

Si parla di microgrid autonome quando queste sono sconnesse dalla rete pubblica, ma la loro diffusione è abbastanza limitata in quanto richiedono fonti di produzione differenziate in modo da poter fornire l’utenza in modo continuativo ed inoltre hanno il grosso problema della regolazione della potenza e della frequenza legato alla forte variabilità della produzione da fonti rinnovabili. L’energia prodotta in eccesso viene o dispersa o, entro certi limiti, accumulata.

Si parla di microgrid non autonome se connesse alla rete pubblica e il vantaggio derivante è che non hanno la necessità di regolare potenza e frequenza poiché esse rimangono fissate grazie al collegamento con la rete pubblica. Ma presenta anche altri vantaggi. L’energia in eccesso in questo caso viene venduta con utili ritorni economici e in caso di black out, della produzione interna o della rete esterna, la fornitura è assicurata dal ramo sano del sistema.

Il sistema a rete intelligente, o smart grid, è invece tuttora in fase di sviluppo, e promette di imporsi come unica reale soluzione alla possibile diffusione delle piccole e medie centrali su ampia scala. Con il sistema smart grid infatti si permette a più impianti di funzionare contemporaneamente su una rete condivisa, comune, e interoperabile, praticamente  in modo molto simile al concetto che sta dietro internet. Infatti, rispetto alle reti elettriche tradizionali, caratterizzate da una centrale di grandi dimensioni con tecnologia consolidata da decenni, controllo centralizzato e gestione ottimale a livello regionale, le Smart Grid sfruttano al massimo i vantaggi offerti dall’era digitale. Con questo tipo di reti si consente quindi una generazione distribuita in prossimità degli utenti finali, controllo de localizzato, integrazione con le grandi centrali e altre tipologie di fornitura di energia. Ciò significa prima di tutto flessibilità nella gestione della domanda e offerta in quanto la smart grid  è in grado di inviare il surplus di energia prodotta in una determinata zona ad un’altra in quel momento temporaneamente in deficit, in tempo reale e in modo dinamica, è quindi una rete che lavora con efficienza e comunica con intelligenza.

 Schema di una smart grid e componenti che la caratterizzano.

In uno scenario futuro risulta ovvio che solo questo tipo di rete intelligente riuscirà a soddisfare le crescenti esigenze di flessibilità, economia e affidabilità dei consumatori, riprendendo in tutto e per tutto il modello che ha consentito ad internet la sua veloce diffusione planetaria: qualsiasi individuo connesso alla rete è in grado di inviare e ricevere contenuti in modo flessibile e distribuito. Allo stesso modo una Smart Grid è costituita da mini reti, che possono appartenere a utenze domestiche ma anche a piccole o medie imprese fino ad aziende di maggior dimensione, in gradi di produrre localmente energia elettrica e utilizzarla per le proprie esigenze al di fuori della rete di erogazione elettrica. Ma non solo. Grazie infatti alla tecnologia dei contatori intelligenti il flusso energetico potrà essere bidirezionale e quindi qualsiasi produttore potrà inviare nella rete di distribuzione principale l’energia prodotta in eccesso, rivendendola all’ente erogatore o attingere da essa nel caso il suo fabbisogno non possa essere istantaneamente soddisfatto dalla propria produzione interna.

Per poter garantire queste funzionalità essa deve essere provvista di reti di sensori wireless, di software e utility che permettono di osservare e controllare in tempo reale l’energia consumata o eventuali black out o guasti sulla rete. Le potenzialità che i software promettono sono enormi, si pensi che ogni utente sarà in grado di monitorare istantaneamente i propri consumi e regolarli di conseguenza nella maniera più consona ed efficiente. A livello nazionale l’ente gestore potrà monitorare il prezzo dell’energia a seconda di momenti di grande disponibilità energetica sulla rete o altrimenti nei momenti di maggior domanda, ma anche quando c’è abbondanza di un certo tipo di energia, dall’eolica alla fotovoltaica sfruttando al massimo il prezioso apporto di questi tipi di fonti rinnovabili.

Tutto questo richiede sensori e chip disseminati nell’intero sistema, in collegamento con tutte le utenze elettriche. Sarà il software a consentire di disporre in ogni momento dei dati sui quantitativi di energia utilizzati in qualsiasi punto della rete, utilizzando la capacità di interconnessione per orientare e dosare flussi di energia a seconda dei momenti e dei luoghi di maggiore o minor consumo. Proprio il software rappresenta ad oggi uno dei maggiori ostacoli da superare prima che le Smart Grid possano diffondersi con successo. Secondo alcuni test effettuato da esperti, infatti, la natura delle Smart Grid, del tutto simile al world wide web, la renderebbe vulnerabile ad attacchi da parte di cyber criminali, che potrebbero, con atti di terrorismo informatico, indurre veri e propri black out su piccola e larga scala. A rendere vulnerabile il sistema è proprio la bidirezionalità degli scambi tra i dispositivi connessi alla rete che comporta di gran lunga un maggior numero di punti di contatto all’interno della rete rispetto al modello a flusso unidirezionale e quindi maggiore difficoltà di controllo. Con gli attuali contatori intelligenti installati presso le utenze domestiche, apparecchi semplici ed economici e quindi facilmente accessibili, la rete potrebbe essere bucata senza grossi difficoltà da qualsiasi cyber criminale che riuscirebbe quindi a ottenere il controllo di centinaia o anche migliaia di contatori e di spegnerli a piacimento mandando in tilt non solo il sistema elettrico, ma soprattutto la vita quotidiano del singolo cittadino. Un rischio che richiede oggi uno sforzo ulteriore per rendere questo modello sicuro e affidabile, del resto i benefici che le Smart Grid promettono di offrire sono ben maggiori delle problematiche attuali già sottoposte e studi meticolosi e in via di risoluzione. Non bisogna dimenticare, infatti, come già detto, che Smart Grid è sinonimo di efficienza energetica e di riduzione dei consumi, sfida da vincere per la lotta al surriscaldamento globale, ma anche per rispondere alla crescente richiesta di energia elettrica. Nel 2005 la popolazione mondiale necessitava di circa 15 teraWatt di potenza e si stima che a 50 anni il fabbisogno possa salire a 28 terawatt, quasi il doppio. Significa sin da oggi una centrale da 1000 megawatt ogni giorno sino al 2050, ci si rende dunque facilmente conto come l’obiettivo del risparmio energetico assuma un ruolo di primo piano nelle strategie energetiche che ogni Paese dovrà intraprendere per il prossimo futuro.