La rete intelligente è radicata nel tessuto delle moderne infrastrutture globali. Mediante l'adozione di tecnologie digitali, trasferimento di dati bidirezionale, reti wireless e sistemi di gestione intelligente della rete, i sistemi di distribuzione elettrica possono ottimizzare notevolmente l'efficienza energetica e ridurre i costi per i consumatori.
Questo piano di adozione su vasta scala è in gran parte reso possibile dall'Internet of Things (IoT), un insieme di sensori intelligenti, reti di comunicazione ed elaborazione di dati. L'IoT ha permesso alle infrastrutture elettriche, nuove ed esistenti, di diventare "intelligenti" e più efficienti.
Questo articolo illustra come i sistemi IoT per reti intelligenti contribuiscono all'infrastruttura di misurazione avanzata (Advanced Metering Infrastructure, AMI) e ad altre tecnologie delle reti intelligenti.
Contatori intelligenti
L'uso più diffuso dell'IoT nelle applicazioni per reti intelligenti è nei contatori intelligenti. Si tratta di contatori connessi alla rete che monitorano il consumo e lo stato delle utenze nel punto di utilizzo o nei punti di distribuzione critici di un'infrastruttura di rete, oltre a fornire la comunicazione bidirezionale con il fornitore di servizi.
Soprattutto, i contatori intelligenti contribuiscono a ridurre gli sprechi energetici. I primi studi condotti dalla Commissione europea nel 2012 hanno indicato che l'adozione dei contatori intelligenti ha ridotto le bollette elettriche delle famiglie in media del 12%, mentre i grandi consumatori commerciali hanno risparmiato il 58%.
Storicamente, i contatori richiedevano il monitoraggio manuale del consumo energetico del cliente. Agli albori della misurazione delle utenze, ciò richiedeva la rilevazione fisica delle letture di contatori analogici da parte del personale a intervalli di tempo specifici, ad esempio una volta ogni due mesi, e questo era costoso e poco efficiente.
La tecnologia di lettura automatica dei contatori (AMR) è stato il primo passo verso la creazione di una rete intelligente. Tuttavia, anche se monitorati a distanza, i contatori abilitati all'AMR non sono considerati "intelligenti", in quanto non consentono una comunicazione bidirezionale.
I moderni contatori intelligenti permettono alle società di servizi di raccogliere i dati provenienti dal contatore e di inviargli comandi, aggiornamenti e informazioni. Il provider può anche eseguire il distacco o regolare il servizio da remoto, ad esempio interrompendo la fornitura di corrente a una proprietà inadempiente. Può anche impostare soglie di consumo modulate per la tariffazione a tempo.
I contatori intelligenti sono più comuni nelle applicazioni elettriche, ma vengono utilizzati anche per monitorare il consumo di gas naturale e acqua. I contatori intelligenti delle utenze elettriche consentono il rilevamento della corrente in tempo reale, la notifica in caso di interruzione della corrente, la misurazione bidirezionale della corrente eventualmente generata dall'endpoint, ad esempio tramite pannelli solari, il monitoraggio della qualità della corrente, il distacco del servizio da remoto e l'uso di software di gestione dei dati del contatore.
IoT e infrastruttura di misurazione avanzata nelle reti intelligenti
L'intelligenza dei contatori intelligenti dipende dall'infrastruttura a cui sono connessi. La tecnologia IoT consente di collegare fisicamente e/o in modalità wireless i contatori intelligenti alla gestione della rete della società di servizi. Nel caso delle reti intelligenti elettriche, i contatori intelligenti si collegano in rete all'interno di una mesh localizzata che a sua volta trasmette a un hub locale. Gli hub vengono quindi connessi ad altri hub locali, nonché agli hub IT centrali della società di servizi, per consentire a quest'ultima di realizzare un'ottimizzazione basata sulla domanda e prassi di gestione della rete intelligente.
L'infrastruttura di misurazione avanzata è il risultato della tecnologia IoT delle reti intelligenti e utilizza tecniche di comunicazione IoT wireless e cablate. Ad esempio, il contatore intelligente EnergyAxis REX2-EA di Byram Labs utilizza le comunicazioni wireless ZigBee a 900 MHz e a 2,4 GHz per fungere da endpoint del contatore intelligente connesso alla rete mesh e da gateway per altri dispositivi elettrici intelligenti presenti nell'abitazione. È quindi possibile connettere ai server IT della società di servizi una serie di contatori intelligenti, collegati tramite rete mesh wireless a un hub cablato mediante linea fissa, fibra ottica o altra infrastruttura di telecomunicazione.
Un'infrastruttura di misurazione avanzata è molto più di una semplice serie di contatori intelligenti. Piuttosto, questa sofisticata infrastruttura è costituita dall'hardware e dal software dei contatori intelligenti, dalle reti di comunicazione che collegano tutte le sottoreti e gli hub, dai sistemi IT e software per la gestione dei dati dei contatori e dai sistemi operativi dei fornitori che consentono l'azione dei dati generati da una rete intelligente.
IMMAGINE 1: Una rete elettrica intelligente estremamente semplificata che mostra i meccanismi interni di generazione, distribuzione, utilizzo e controllo del servizio pubblico.
Nell'immagine precedente, ogni hub ed endpoint all'interno della rete elettrica contribuisce all'infrastruttura di misurazione avanzata. Per raccogliere, comprendere, gestire e ottimizzare l'elettricità generata e consumata vengono utilizzati software e hardware di gestione dei dati altamente sofisticati, che contribuiscono all'infrastruttura di misurazione avanzata e alla rete intelligente.
Adozione globale dell'infrastruttura di misurazione avanzata
La diffusione di contatori intelligenti e infrastrutture di misurazione avanzata, che vengono implementati in tutto il mondo, sta facendo registrare velocità impressionanti. Tuttavia, l'adozione della tecnologia delle reti intelligenti varia a seconda dei continenti, dei paesi, degli stati e delle città.
Nei paesi che hanno preso impegni rigorosi per combattere rapidamente il cambiamento climatico, l'adozione di contatori intelligenti è molto più diffusa. Attualmente, l'Unione europea ha registrato i tassi di diffusione più elevati dei contatori intelligenti. L'obiettivo originario del 2014 era la presenza di contatori intelligenti nell'80% degli endpoint delle società di servizi entro il 2020. L'obiettivo non è stato raggiunto entro il 2020, ma molti paesi dell'UE lo hanno effettivamente raggiunto.
Paesi come la Svezia (100% di adozione), la Finlandia (100% di adozione), l'Estonia (98% di adozione) e la Danimarca (80% di adozione) hanno raggiunto i parametri fissati nel 2014. Tuttavia, paesi come la Germania, la Repubblica Ceca, la Grecia, la Croazia e Cipro hanno deciso di non rendere obbligatoria l'introduzione di contatori intelligenti per questioni legate alla privacy dei dati, in particolare in relazione agli aspetti IoT dei contatori intelligenti, o per il mancato rispetto dei requisiti legali.
A titolo di confronto, nel 2020 gli Stati Uniti, che sono il secondo paese per consumo di elettricità a livello globale, hanno avuto un tasso di diffusione dei contatori intelligenti pari a circa il 50%. Secondo EIA, sono stati installati 102 milioni di AMI e solo in sei stati oltre l'80% delle famiglie dispone di contatori intelligenti: California, Georgia, Maine, Michigan, Oklahoma e Vermont. Altri sei stati hanno adottato regolamenti che puntano a tassi di implementazione futuri dell'80%, ma non sono stati stabiliti requisiti a livello nazionale per l'adozione di contatori intelligenti a partire dal 2022.
Per ulteriori informazioni sull'adozione nel mercato globale, sulle proiezioni relative all'uso dei contatori intelligenti, sugli ostacoli alla loro adozione e sulle relative sfide di progettazione, consulta l'articolo "Contatori intelligenti: progettare una parte fondamentale dell'ecosistema di reti intelligenti.
Un futuro fatto di reti intelligenti e IoT
Le reti intelligenti globali dipendono fortemente dalla progressiva adozione di contatori intelligenti e dall'infrastruttura IoT necessaria a supportarli. A livello globale, si registrano notevoli progressi nell'utilizzo della tecnologia delle reti intelligenti per ottimizzare il consumo di corrente, ridurre gli sprechi energetici, far risparmiare i consumatori e combattere il cambiamento climatico. Gli ostacoli all'adozione diffusa delle reti intelligenti sono molti, ma l'IoT consente l'adozione di endpoint delle infrastrutture critiche per le reti intelligenti in tutto il mondo.
