Di Jeremy Cook
La rete intelligente elettrica viene definita in modo generico come la tecnologia digitale che consente la comunicazione bidirezionale tra una società di servizi e i suoi clienti. Anziché rilevare la quantità di corrente utilizzata da un cliente tramite la lettura manuale del contatore, questi dati possono essere forniti dai contatori elettrici e da altre apparecchiature di monitoraggio, che possono persino ricevere altre informazioni quasi in tempo reale.
Queste informazioni permettono alle società di servizi di rispondere ai problemi o all'aumento della domanda più rapidamente di prima. Inoltre, offrono ai clienti statistiche in tempo reale e un migliore controllo sul consumo energetico. Oggi gran parte delle infrastrutture di misurazione e di linea sono "intelligenti", ma non è sempre stato così. Questo articolo illustra come si è sviluppata la tecnologia delle reti intelligenti e dove ci condurrà il futuro delle reti intelligenti.
Origini della rete elettrica
I primi sistemi di distribuzione della corrente sono entrati in funzione tra la fine degli anni '70 e l'inizio degli anni '80 dell'ottocento. La produzione era estremamente localizzata e, nella maggior parte dei casi, la corrente veniva trasmessa a meno di un miglio di distanza. Man mano che la corrente continua lasciava il posto alla trasmissione a corrente alternata, la generazione di corrente diventava appannaggio di operatori indipendenti nelle grandi città, ciascuno con la propria dotazione di linee di trasmissione. Un edificio di New York poteva scegliere tra più fonti di energia: una grande ricchezza, anche se esteticamente poco gradevole, mentre le aree periferiche venivano lasciate al buio, figurativamente e letteralmente.
Negli Stati Uniti, tutto questo è cambiato durante la Grande Depressione, quando molte di queste società elettriche concorrenti furono costrette a chiudere i battenti. Il governo federale ha investito molto in progetti infrastrutturali, come il sistema di dighe della Tennessee Valley Authority per la generazione di corrente, e ha stabilito regolamenti per fare in modo che le società elettriche potessero lavorare insieme senza la necessità di utilizzare più linee diverse. Nel periodo in cui gli Stati Uniti uscirono dalla seconda guerra mondiale, gli impianti di generazione e distribuzione dell'energia elettrica erano strettamente collegati ed erano in grado di fornire la copertura dei picchi di carico e un'alimentazione di riserva.
Oggi negli Stati Uniti sono presenti tre reti: la zona occidentale, quella orientale e quella del Texas. In qualità di stato, il Texas fa parte di tutte e tre le reti e c'è effettivamente un'area che confina con tutte e tre nella protrusione occidentale del Texas. Anche il Canada partecipa alle reti occidentale e orientale e ha una zona indipendente nel Quebec. Se da un lato questa collaborazione tra Canada e Stati Uniti presenta certamente dei vantaggi, dall'altro implica che i blackout su vasta scala, come quello del nord-est del 1965 e il suo "sequel" nel 2003, possono espandersi a cascata oltre i confini nazionali di entrambi i paesi.
La tecnologia intelligente arriva online
La moderna rete intelligente contribuisce a evitare i blackout diffusi e consente alle società di servizi di gestire i carichi variabili e la generazione distribuita, migliorando al contempo l'accesso dei clienti alle informazioni sui propri consumi. A promuovere la rete intelligente è stato lo sviluppo della lettura automatica dei contatori (AMR). I contatori AMR consentono ai tecnici di passare nelle vicinanze, a piedi o a bordo di un veicolo, per ricevere i dati di fatturazione e altre informazioni in modalità wireless, senza ispezioni visive.
L'AMR si è evoluta in un'infrastruttura di misurazione avanzata (AMI), in cui non è più necessario un tecnico in loco per la lettura del contatore e le informazioni vengono trasmesse automaticamente da e verso la società elettrica. In una possibile implementazione di questa tecnologia, i contatori formano tra loro una rete mesh per la trasmissione locale dei dati. Questa rete viene quindi collegata alla società elettrica tramite un dispositivo di inoltro specializzato che utilizza la rete dati cellulare.
Questo tipo di interfaccia dati in tempo reale permette alle società elettriche di rispondere con precisione alle esigenze energetiche immediate e alle tendenze generali. Inoltre, permette ai clienti di monitorare i consumi e di adattare i propri comportamenti per abbassare le bollette. La capacità di comunicazione bidirezionale permette poi alle società di servizi di effettuare distacchi dei clienti per motivi di manutenzione o fatturazione.
Il futuro delle reti intelligenti
L'ulteriore proliferazione della tecnologia delle reti intelligenti contribuirà a un uso più efficiente delle risorse e a ridurre le probabilità di blackout a cascata dovuti a guasti alle apparecchiature. Tuttavia, vista la frequenza quasi generazionale di tali blackout, i veri benefici potrebbero essere difficili da accertare. Oggi i blackout dovuti a gravi guasti alle apparecchiature possono essere rari, ma la sfida emergente del XXI secolo avrà a che fare con la natura intermittente delle tecnologie di generazione di energia pulita, come il solare e l'eolico. Il vento soffia come vuole e il sole è notoriamente volubile. Con l'integrazione di intelligenza artificiale e Big Data, la rete intelligente potrebbe contribuire a contenere una tale imprevedibilità.
Probabilmente assisteremo a un aumento delle iniziative come il programma EnergyWise di Duke Energy, in cui riscaldatori, pompe per piscine e sistemi HVAC vengono temporaneamente spenti in base alla domanda. Il sistema è abbastanza intelligente da spegnere innanzitutto lo scaldabagno e, nella maggior parte dei casi, i padroni di casa non se ne accorgono neanche. Tocca quindi alle pompe per piscine e, in ultimo ai sistemi HVAC. Personalmente lo uso da anni e non ho notato alcun effetto, a parte una bolletta leggermente più bassa grazie al credito per la registrazione.
L'integrazione della generazione di corrente da privati e delle microreti nella rete elettrica generale richiederà un coordinamento tra le grandi società di servizi e una serie di operatori più piccoli, probabilmente agevolato da concetti di rete intelligente. Scegliendo di approfondire il dettaglio dei consumi al di là delle bollette mensili, proprietari di case e titolari di aziende potranno anche ricevere un feedback in tempo reale sul consumo e la generazione di corrente. Tecnologia delle reti intelligenti in evoluzione: efficienza oltre i contatori elettrici?
La tecnologia delle reti intelligenti potrebbe trasformare il nostro rapporto con il consumo energetico nel prossimo decennio, sia negli Stati Uniti che a livello internazionale. La disponibilità immediata di dati sui consumi degli edifici ci consente di utilizzare meglio le nostre risorse. Anche se la rete intelligente qui illustrata si riferisce alla rete elettrica, va detto che la maggior parte dei concetti presentati è applicabile anche alla misurazione dei consumi di gas e acqua.
