Il sistema elettrico è stato pensato, progettato e realizzato quando la produzione di energia elettrica era relegata alle grandi centrali termoelettriche. Oggi il fabbisogno energetico non viene più interamente coperto da un piccolo numero di centrali in alta tensione e di elevata potenza, ma una parte sempre più rilevante viene soddisfatta da tante piccole produzioni diffuse nelle reti in media e bassa tensione. La diffusione delle energie rinnovabili ha messo in crisi il tradizionale funzionamento dell'attuale sistema elettrico. Per risolvere questa problematica sono allo studio nuove strutture elettriche dotate di un elevato grado di automazione e innovazione tecnologica per garantire una gestione più intelligente dell'energia, oltre a consentire la diffusione delle energie rinnovabili.
È difficile non accorgersi del grande numero di attività dell’industria elettrica nell’ambito “smart grid”, altrimenti nota come “rete intelligente”, “rete moderna” o “rete futura”: questa serie disparata di nomi è funzionale ad attribuire alla rete elettrica una proprietà del tutto nuova, cioè l’intelligenza.
C’è un generale consenso riguardo le caratteristiche che la smart grid dovrà necessariamente mostrare, sebbene si dibatte ancora su cosa specificamente costituisce la smart grid o sulla sua definizione. Per esempio, una delle tante definizioni è proprio la definizione fornita dall’European Technology Platform on SmartGrids:
“A SmartGrid is an electricity network that can intelligently integrate the actions of all users connected to it - generators, consumers and those that do both – in order to efficiently deliver sustainable, economic and secure electricity supplies.”
Da questa descrizione si deduce con chiarezza che l’obiettivo della smart grid sarà la fornitura elettrica sostenibile, conveniente e sicura.
Prima di addentrarci nelle specifiche relative a questa innovativa infrastruttura, oggetto della nostra attenzione, per capire quali sono le motivazioni che ne spingono la realizzazione si rende necessario un breve approfondimento sul funzionamento del tradizionale sistema elettrico; in seguito cercheremo di capire gli obiettivi della smart grid, discuteremo su cosa rende la smart grid “smart” (o appunto “intelligente”) e, infine, sulle difficoltà tecniche implementative. Quindi, verrà data un’idea sulle tecnologie che stanno emergendo nel panorama della ricerca e della tecnica.
Il sistema elettrico è tradizionalmente suddiviso in tre sottosistemi: la produzione di energia elettrica, la trasmissione e, infine, la distribuzione agli utenti finali. In questa configurazione il sistema è verticalmente integrato, ossia il flusso di energia è unidirezionale: dalle centrali di produzione verso gli utenti finali. Ogni qual volta nel sistema viene introdotta una perturbazione (banalmente l’accensione di una lampada in una stanza) è necessario che qualcuno al “vertice” della rete regoli la quantità di combustibile bruciato, al fine di mantenere il perfetto equilibrio tra energia prodotta e energia consumata. Nella pratica una semplice lampadina non costituisce un problema, poiché l’inerzia delle macchine rotanti delle centrali termoelettriche è tale per cui una piccola perturbazione non costituisce una criticità per la stabilità del sistema elettrico.
Struttura del tradizionale sistema di trasmissione e distribuzione dell'energia elettrica
Emergono due grandi vantaggi legati alla produzione termoelettrica: regolazione della potenza prodotta e immessa in rete, al fine di alimentare gli utenti passivi (e quindi programmazione giornaliera in funzione della previsione dei carichi del giorno dopo); inerzia meccanica dei rotori legati alla produzione termoelettrica che [...]
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Ciao Michele, complimenti per l’ottimo articolo, che tratta un argomento tanto interessante quanto attuale. La panoramica che hai fatto, con tanto di considerazioni “storiche”, è concisa e allo stesso tempo esplicativa della situazione in cui versa la nostra rete elettrica. A questo punto ti domando: da ricercatore e ingegnere energetico, secondo te, a che punto dell’evoluzione del sistema elettrico siamo rispetto alla tanto attesa smart-grid? E perchè si parla di smart-grid ormai da anni, ma (forse) poco è stato fatto in tal senso? Grazie, e ancora complimenti!
Ciao Davide, intanto ti ringrazio per il tuo apprezzamento.
In generale è molto difficile mettere in pratica le modifiche strutturali proposte dalla comunità scientifica perché il sistema è talmente esteso e articolato che avviare un processo di diffusione tecnologica a tutti i livelli (generazione, trasmissione e soprattutto distribuzione) è davvero un’impresa difficile. Poi c’è un altro fattore, che è un po’ come quello che avviene nel settore dell’aviazione: le novità sono sempre viste con scetticismo e quasi sempre si preferisce la soluzione più consolidata, anche se meno performante. Ovviamente questo accade nelle applicazioni dove prima di tutto viene la sicurezza delle persone. Quindi per evitare di correre inutili rischi si cercano conferme e si avvia un processo di consolidamento tecnologico, cosa che richiede molto tempo.
In Italia siamo in una fase di transizione. Siamo ancora lontani da una situazione di una rete completamente “smart”, ma siamo uno dei paesi che per primo ha avviato e portato a conclusione la diffusione dei contatori elettronici. Questa soluzione, per quanto semplice, è un primo importante passo verso la Smart Grid, consentendo la comunicazione tra il punto di consegna dell’energia e la società di distribuzione.
Spero di aver dato risposta alle tue domande. Grazie di nuovo per il commento, sicuramente è stato un ottimo spunto per chiarire ulteriormente le finalità dell’articolo.
Ciao, complimenti anche da parte mia. Conosco l’argomento, e devo dire che l’hai spiegato con parole semplici e in maniera efficace. Ho solo una domanda, che mi è venuta leggendo il titolo, e a cui non sono riuscito a rispondermi leggendo l’articolo. Cos’è che stiamo facendo in maniera sbagliata? Presumo sia l’immissione in rete della potenza prodotta da fonti rinnovabili “private”, ovvero quando io con i miei pannelli solari vendo l’energia che non uso all’enel, giusto? Ecco mi incuriosiva un po questa parte, attualmente come avviene? senza nessuna regolazione? In questo caso sì lo stiamo facendo in maniera sbagliata, e anche qui sarebbe interessante vedere qualche soluzione più intelligente.
Ciao Pietro.
Intanto ti chiedo scusa se non sono riuscito ad evidenziare questo aspetto. Esatto, il problema riguarda proprio l’immissione “incontrollata” degli impianti a fonte rinnovabile (e in maniera particolare il fotovoltaico). Oggi tutta la potenza generata dall’impianto (che è proprio la massima potenza estraibile, ottenuta grazie ad un inseguitore di massima potenza) viene immessa in rete; ma questa potenza prodotta non è detto che serva! Nel senso che nessuno ci assicura che viene completamente o parzialmente assorbita da un carico e soprattutto non è detto che il carico sia “interessato” a seguire le variazioni repentine di produzione di potenza del fotovoltaico. Per cui quella potenza in più diventa un disturbo per il gestore della rete, in quanto crea uno sbilanciamento tra la potenza prodotta e quella consumata. Ora, fintantoché questa potenza è “piccola” si può gestire senza creare gravi squilibri, ma se la potenza in gioco cresce (pensa a centinaia di piccoli impianti) e diventa paragonabile alla potenza dell’intero sistema elettrico allora diventa un problema!
La soluzione immediata, e che per altro ormai è opinione comune, riguarda la necessità di ricorrere all’accumulo dell’energia se si vuole massimizzare il consumo di energia prodotta dalle fonti rinnovabili (invece di ridurre la produzione, me la conservo per un altro momento della giornata).