Cosa sono le reti intelligenti?
L’erogazione dell’elettricità 50 anni fa era più semplice di oggi: centrali elettriche centralizzate generavano elettricità, le reti di trasmissione e distribuzione la consegnavano alle case e alle aziende e il consumatore vi accedeva tramite la presa della corrente. Le luci si accendevano quando si premeva l’interruttore. La domanda raggiungeva un picco in momenti abbastanza prevedibili, come la sera, quando le persone rientravano a casa, preparavano la cena, regolavano la temperatura, guardavano la televisione e facevano il bucato.
Oggi le reti elettriche sono più dinamiche. Le centrali elettriche – comprese quelle solari, eoliche e geotermiche – possono essere collocate in varietà di punti della rete. Le utility possono regolare la quantità di elettricità generata in un determinato momento. Possono anche ridurre la domanda spegnendo o riducendo da remoto le fonti di carico, compresi i sistemi di riscaldamento, ventilazione e condizionamento (HVAC) o di refrigerazione dei consumatori. Infine, i consumatori e le aziende utilizzano software e dispositivi per gestire autonomamente l’uso dell’elettricità, come i termostati intelligenti che imparano a conoscere la temperatura preferita e regolano le impostazioni nel corso della giornata per ridurre al minimo il consumo energetico. I consumatori possono anche essere produttori di energia (ad esempio, solare) e i loro modelli di consumo possono essere difficili da prevedere in base all’energia che possono generare.
Città, regioni e Paesi stanno creando reti elettriche che utilizzano la tecnologia di comunicazione digitale per rilevare e reagire alle variazioni locali di utilizzo (“smart grids“). La digitalizzazione delle reti elettriche favorisce nuove modalità di approvvigionamento e di utilizzo dell’energia più sostenibili, migliorando al contempo la sicurezza informatica.
Perché le reti intelligenti sono necessarie?
L’elettricità è un bene deperibile, perché in genere deve essere utilizzata nel momento stesso in cui viene generata. Inoltre, i percorsi che la forniscono devono essere costruiti e mantenuti, e ci sono limiti alla quantità di elettricità che possono trasmettere.
Pensate al nostro sistema elettrico come a una serie di tubature d’acqua:
- Se si cerca di far transitare troppa acqua attraverso i tubi a una pressione elevata, si possono verificare allagamenti o, nel caso dell’elettricità, interruzioni della fornitura dovute al sovraccarico delle linee elettriche e delle relative apparecchiature.
- Se si fa transitare poca acqua, si possono verificare carenze o addirittura siccità o, nel caso dell’elettricità, il rischio di brownout o addirittura blackout dovuti a una tensione inadeguata.
Quando l’energia veniva generata principalmente da centrali elettriche centralizzate, il flusso era prevedibile e più facile da gestire. I nuovi tipi di generazione di energia, in particolare le risorse rinnovabili come i parchi solari ed eolici, vengono installati dai tetti ai garage, dalle cime delle montagne ai campi di grano. Di conseguenza, il numero di impianti di produzione di energia è cresciuto in modo significativo, così come la quantità di dati che gli operatori di rete e le utility devono monitorare e tenere in considerazione.
Risorse più recenti, come i sistemi di stoccaggio a batteria stanno fornendo nuove capacità di controllo sulle modalità di fornitura dell’energia e di gestione del carico. Per quanto riguarda le reti intelligenti, è necessaria una maggiore raccolta di dati per supportare questo livello di sofisticazione e velocità.
Comunicazione bidirezionale tramite l’Internet of Things
La costruzione di reti intelligenti inizia con l’aggiunta di funzionalità per l’acquisizione di dati più granulari: l’Internet delle cose (IoT). L’IoT si riferisce a dispositivi dotati di sensori, capacità di elaborazione, software e altre tecnologie, che si connettono e scambiano dati con altri dispositivi e sistemi tramite Internet o altre reti di comunicazione.
Per il nostro sistema elettrico, questo significa utilizzare “contatori intelligenti” in grado di misurare l’utilizzo dell’elettricità molto più spesso. I contatori intelligenti possono fornire all’azienda elettrica dati in tempo reale sull’uso dell’elettricità, riducendo la necessità di bollette stimate, un cambiamento che può far risparmiare denaro ai consumatori. Questi dati possono anche aiutare le utility a migliorare le prestazioni e la qualità del servizio nella propria area di servizio.
Le funzionalità IoT sono integrate anche nei sistemi solari su tetto e nelle batterie domestiche, consentendo alle apparecchiature dei consumatori di condividere i dati con l’azienda elettrica. In alcuni casi, l’IoT può anche consentire alle utility di inviare segnali in caso di condizioni meteorologiche estreme o di interruzioni, come la messa fuori servizio di una centrale elettrica. Allo stesso modo, se si sceglie di farlo, alcuni dispositivi connessi possono ricevere segnali dall’azienda elettrica per regolare le impostazioni o spegnersi per un certo periodo di tempo per contribuire a ridurre la domanda sulla rete.
I controlli degli edifici abilitati all’IoT sono un’altra parte del puzzle della digitalizzazione dell’elettricità. Possono aiutare i gestori di immobili a monitorare i sistemi e i dispositivi, a gestire l’uso dell’energia, a monitorare i livelli di occupazione per proteggere la salute e la sicurezza degli occupanti e a risolvere i problemi.
Riunire i dati provenienti da queste risorse IoT disparate richiede una maggiore potenza di calcolo, per compilarli, analizzarli e riferire su ciò che sta accadendo in modo che gli operatori di rete e le utility possano agire di conseguenza.
Energia bidirezionale attraverso l’accumulo di energia e i veicoli elettrici
La digitalizzazione avviene anche attraverso l’adozione di veicoli elettrici e di batterie su larga scala, da sistemi residenziali a progetti di dimensioni pari a più campi da calcio.
In primo luogo, i veicoli elettrici rappresentano una nuova categoria di carico elettrico, in quanto assorbono elettricità dalle nostre reti quando si ricaricano. Poiché le persone possono caricare le loro auto in qualsiasi momento, questo aggiunge un nuovo livello di imprevedibilità della domanda al sistema. Al contrario, alcuni veicoli elettrici e caricatori sono in grado di effettuare una ricarica bidirezionale. Ciò significa che, se i veicoli dei consumatori sono iscritti a specifici programmi delle aziende produttrici di energia, le loro batterie potrebbero supportare le reti elettriche nei momenti di alta domanda o di altri stress, per poi riprendere la ricarica quando tali condizioni terminano.
Batterie su larga scala e altri tipi di accumulo di energia sono in fase di distribuzione anche nelle case, nelle aziende e su scala di rete. L’accumulo di energia consente alla rete di catturare e distribuire l’energia, aggiungendo flessibilità e resilienza alle reti elettriche. Questo è particolarmente importante quando l’energia in eccesso è generata dall’energia solare durante il giorno o dal vento durante la notte, in modo che l’energia generata non venga sprecata.
Disporre di reti più flessibili che ricevono dati granulari sulla domanda e sull’offerta di elettricità dai contatori intelligenti può consentire agli operatori di gestire una gamma più ampia di risorse con comportamenti diversi. Sulle reti alimentate da una percentuale crescente di fonti rinnovabili intermittenti, la granularità dei dati può fornire alle utility la trasparenza necessaria per soddisfare le esigenze dei clienti e un’alimentazione affidabile per tutto il giorno.
Reti elettriche e sicurezza informatica
La digitalizzazione delle reti elettriche ha una terza tappa fondamentale: il miglioramento della cybersecurity attraverso controlli intelligenti a cui si può accedere più velocemente e da remoto.
La sicurezza informatica fa parte dell’Obiettivo 16 di Sviluppo Sostenibile delle Nazioni Unite, che si concentra su pace, giustizia e istituzioni forti e include il rispetto del diritto alla privacy.
Man mano che i dispositivi IoT e i contatori intelligenti vengono adottati, sono comunque prodotti e mantenuti secondo elevati standard di cybersecurity. Ciò che è più importante è che questo aiuta a proteggere le reti da soggetti malintenzionati che potrebbero cercare di disattivarle del tutto. Una maggiore sicurezza informatica può anche contribuire a proteggere la privacy dei clienti e a mantenere al sicuro sia i registri dei clienti che i dati di utilizzo.
Come Cisco sta portando avanti la digitalizzazione dell’elettricità
La nostra tecnologia può essere utilizzata per aiutare il mondo a prepararsi agli effetti dei cambiamenti climatici, ad esempio per monitorare l’affidabilità della rete, consentire la decarbonizzazione, monitorare i sistemi di trasporto e idrici e supportare il posto di lavoro del futuro.
Ad esempio, Cisco sta collaborando con Enel, il principale fornitore di energia elettrica in Italia, per introdurre soluzioni innovative per il funzionamento, la regolazione e la supervisione della rete elettrica. Grazie alla tecnologia Cisco, Enel è in grado di monitorare la propria rete energetica e di intervenire tempestivamente in caso di guasti o malfunzionamenti che la minacciano. Cisco sta inoltre aiutando Enel a collegare la propria rete a fonti di energia rinnovabile come l’energia solare ed eolica su scala, accelerando la transizione verso una rete elettrica a basse emissioni di carbonio.
Inoltre, i sensori Cisco Meraki, dispositivi IoT che tengono traccia di una serie di dati energetici e ambientali, stanno aiutando l’agenzia creativa WPP a ridurre il consumo di energia per il riscaldamento e il raffreddamento dei suoi campus di data center. WPP ha registrato una riduzione del 44% dell’energia di raffreddamento e del 27% del consumo energetico totale per il suo data center di Sea Containers House, a Londra, grazie anche a un monitoraggio più accurato. WPP intende replicare questo monitoraggio, e i relativi risparmi, in tutto il mondo.
Se vuoi saperne di più su come Cisco sostiene la digitalizzazione dell’energia e la creazione di reti ed edifici intelligenti, consulta il Reporting Hub ambientale, sociale e di governance (ESG) di Cisco.
Link di riferimento
Blog Sustainability 101
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