Nell’ultimo decennio abbiamo assistito a un incremento dinamico nell’installazione di nuova capacità di generazione di energia rinnovabile, in particolare nel campo delle rinnovabili elettriche. Questo ritmo sostenuto continuerà a crescere senza sosta nei decenni che ci separano dal 2050, mutando in modo permanente il sistema elettrico. Per integrare al meglio le fonti rinnovabili, con la loro natura intermittente, le reti dovranno affrontare una sfida senza precedenti che richiederà interventi altrettanto inediti.
Il sistema elettrico che attualmente prevale si basa su un approccio top-down: pochi grandi impianti di produzione generano energia, la quale scorre in un’unica direzione verso le reti di trasmissione e distribuzione. Tuttavia, grazie alla spinta della transizione energetica, ci stiamo avvicinando al sistema della generazione distribuita, che sta gradualmente sostituendo quello attuale. In questo nuovo sistema, basato su un mix elettrico diversificato dove le fonti fossili diminuiranno gradualmente la porzione di elettricità generata, la generazione elettrica si articolerà sempre di più in una vasta gamma di impianti di energia rinnovabile, anche di piccola o media taglia, sparsi sul territorio. La distribuzione geografica diversificata e la mancanza di sincronizzazione tra produzione e consumo richiederanno una flessibilità della rete notevole. Le reti dovranno adattarsi per gestire la produzione diffusa sul territorio, permettendo il passaggio di energia bidirezionale, così che anche da un piccolo impianto rinnovabile la corrente possa risalire la rete di distribuzione, in senso opposto al flusso tradizionale. Anche le reti di trasmissione nazionali in Italia sono (e saranno) più frequentemente interessate da cambiamenti di direzione nei flussi di energia in quanto le massicce quantità di energia rinnovabile prodotte nel Meridione spesso non si esauriscono nel consumo localizzato vicino ai punti di produzione, così da rendere necessario il trasporto dell’energia in eccesso verso il Nord nel paese, centro nevralgico del consumo. Questo fenomeno, chiamato “risalimento di tensione”, potrebbe comportare congestionamenti e quindi l’esigenza di interventi infrastrutturali anche sulla rete di trasmissione.
È in atto un vero e proprio mutamento del paradigma energetico, dettato da numerosi fattori: progressi tecnologici, rimodulazione della domanda e dell’offerta energetica in Europa, attenzione alla decarbonizzazione del settore energetico e un rinnovato ruolo del consumatore, che diviene sempre più attivo e coinvolto nella gestione delle proprie utenze. Cruciale, per i consumatori, è la possibilità, sempre più accessibile, di diventare al contempo anche produttore (prosumer) di energia, grazie all’abbassamento dei costi per l’installazione di impianti domestici rinnovabili. La partecipazione più attenta dei consumatori è guidata da motivi economici, ambientali e dal desiderio di autosufficienza energetica.
Far coesistere le caratteristiche di stabilità e sicurezza richieste della rete elettrica con la flessibilità necessaria a conciliare in modo ottimale un sistema di generazione distribuita non è certo facile. Oltre alla stabilità del sistema stesso, è importante fornire un monitoraggio puntuale dei consumi energetici, sia a beneficio dei clienti sia al fine di ridurre sprechi e inefficienze. Per rispondere a queste variegate e, quasi opposte, necessità vengono incontro i sistemi ICT. Per gestire in modo efficiente il nuovo sistema elettrico, questo deve essere automatizzato e interconnesso, diventando un sistema smart grid. Nonostante manchi una definizione univoca, le smart grid possono essere descritte come reti in cui i flussi di dati guidano i flussi energetici, grazie alla sovrapposizione concettuale di diverse infrastrutture. In linea con la definizione dell’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA), una smart grid è un sistema di reti elettriche che sfrutta la tecnologia digitale per monitorare e gestire il trasporto di elettricità da tutte le fonti di generazione per soddisfare le varie richieste di energia elettrica degli utenti finali. Una logica centrale coordina le esigenze e le capacità di generatori, operatori di rete, utenti finali e parti interessate del mercato elettrico, con l’obiettivo di ottimizzare l’utilizzo delle risorse, minimizzare i costi e gli impatti ambientali, e massimizzare l’affidabilità, la stabilità e la resilienza della rete[1].
Da un punto di vista pratico, per realizzare una rete smart servono per prima cosa dati ed informazioni. Un primo passo è infatti realizzare un ecosistema di sensori digitali connessi alla rete elettrica che registrino e condividano con il sistema informatico centralizzato la quantità di energia consumata dal sistema e le sue caratteristiche. Tale funzione è svolta, ad esempio, dai contatori di nuova generazione. Solo una volta che i dati sono opportunamente condivisi ed elaborati, una rete 100% smart grid potrebbe impiegare algoritmi e intelligenza artificiale per ottimizzare la produzione, la distribuzione e il consumo di energia, prevedendo modelli di domanda e identificando potenziali problemi di rete. Fra le applicazioni più elaborate attuabili con le smart grid vi sono:
- i sistemi di demand-response, che permettono agli utenti di adattare il consumo in base alle condizioni di fornitura;
- la creazione di un mercato peer-to-peer per l’acquisto e la vendita di energia, automatizzando le transazioni attraverso smart contract, grazie alla tecnologia blockchain;
- il sistema vehicle to grid, che permetterebbe alle batterie dei veicoli elettrici di fornire servizi di demand response, cedendo o immettendo energia nella rete, supportandone la stabilità.
Anche le istituzioni comunitarie pongono l’accento sul rinnovamento delle reti elettriche. Infatti, L’UE ha varato Piano d’Azione comune per le reti in cui si evidenzia l’importanza dell’innovazione nelle reti elettriche per affrontare la transizione energetica. La Commissione sottolinea la necessità di modernizzare le reti, con un investimento necessario stimato a 584 miliardi di euro, considerando che il 40% delle reti di distribuzione in Europa è datato. Secondo dati dell’IEA, nel 2022, a livello mondiale, gli operatori di trasmissione e distribuzione hanno investito 64 miliardi di dollari nelle smart grid, di cui il 75% dedicato alla digitalizzazione delle reti di distribuzione. Gli investimenti principali sono stati nei contatori e nei sistemi di gestione e automazione della distribuzione di elettricità.
Investimenti globali in infrastrutture digitali nelle reti elettriche di trasmissione e distribuzione 2022, % per tecnologia
Fonte: IEA, 2022
L’Italia è stata leader nell’installazione dei nuovi contatori, sostituendone il 100% entro il 2023, un primato condiviso con solo alcuni paesi UE. La percentuale di utenze domestiche europee con contatori intelligenti è aumentata, passando dal 52% nel 2021 ad una percentuale compresa fra il 55,6 e il 56,5% nel 2023 (stime dell’autrice su dati Joint Research Centre). Nel settore della trasmissione di energia, gli investimenti si concentrano sulla digitalizzazione di apparecchiature come i trasformatori di potenza e le sottostazioni. La digitalizzazione si estende anche al lato della domanda, con il monitoraggio dettagliato dei consumi e la crescente adozione di sistemi di gestione dell’energia appartenenti all’universo Internet of Things. Infatti, il mercato delle smart home in Italia mostra una crescita rapida, con una prevista penetrazione del 6,9% nel 2024 e del 17,6% nel 2028.
Incidenza dei contatori di nuova generazione nelle utenze domestiche
Fonte: JRC, 2023
Vi è ancora un sostanziale mismatch fra gli investimenti nella rete necessari e quelli effettivamente attuati. Con il decollare della transizione energetica rimane importante investire per aumentare l’offerta di elettricità da fonti rinnovabile, tuttavia, gli investimenti nella rete sono tanto cruciali quanto quelli in energia rinnovabile.
[1] Fonte: Valenti, M., Graditi, G., Le Smart Grid per un futuro energetico sostenibile e sicuro, Enea, 2020.
