Dalla fine del XIX secolo, i sistemi di distribuzione dell’energia (spesso chiamati reti) sono stati la principale fonte di elettricità a livello mondiale.Quando queste reti vengono create, funzionano in modo molto semplice: generano elettricità e la inviano alle case, agli edifici e ovunque ci sia bisogno di elettricità.
Ma con l’aumento della domanda di elettricità, è necessaria una rete più efficiente.I moderni sistemi di distribuzione dell’energia “reti intelligenti” ora in uso in tutto il mondo si basano su una tecnologia all’avanguardia per ottimizzare l’efficienza.Questo articolo esplora la definizione di rete intelligente e le tecnologie chiave che la rendono intelligente.
Cosa ètecnologia della rete intelligente?
Una rete intelligente è un’infrastruttura di distribuzione dell’energia che fornisce una comunicazione bidirezionale tra fornitori di servizi pubblici e clienti.Le tecnologie digitali che abilitano le tecnologie delle reti intelligenti includono sensori di potenza/corrente, dispositivi di controllo, data center e contatori intelligenti.
Alcune reti intelligenti sono più intelligenti di altre.Molti paesi hanno concentrato molti sforzi sulla conversione delle reti di distribuzione obsolete in reti intelligenti, ma la trasformazione è complessa e richiederà anni o addirittura decenni.
Esempi di tecnologie di rete intelligente e componenti di rete intelligente
Contatori intelligenti – I contatori intelligenti sono il primo passo nella costruzione di una rete intelligente.I contatori intelligenti forniscono dati sul consumo energetico al punto di utilizzo ai clienti e ai produttori di servizi pubblici.Forniscono informazioni sul consumo energetico e sui costi per avvisare gli utenti di ridurre gli sprechi energetici e aiutare i fornitori a ottimizzare i carichi di distribuzione sulla rete.I contatori intelligenti sono generalmente costituiti da tre sottosistemi principali: un sistema di alimentazione per misurare il consumo energetico, un microcontrollore per gestire la tecnologia all’interno del contatore intelligente e un sistema di comunicazione per inviare e ricevere dati sul consumo/comando di energia.Inoltre, alcuni contatori intelligenti possono essere dotati di alimentazione di riserva (quando la linea di distribuzione principale è interrotta) e di moduli GSM per individuare la posizione del contatore per motivi di sicurezza.
Gli investimenti globali nei contatori intelligenti sono raddoppiati nell’ultimo decennio.Nel 2014, l’investimento annuale globale nei contatori intelligenti è stato di 11 milioni di dollari.Secondo Statista, gli investimenti globali nei contatori intelligenti raggiungeranno i 21 milioni di dollari entro il 2019, tenendo conto dei miglioramenti in termini di efficienza del sistema derivanti dall’implementazione dei contatori intelligenti.
Interruttori intelligenti di controllo del carico e quadri di distribuzione – Sebbene i contatori intelligenti possano fornire dati in tempo reale ai fornitori di servizi pubblici, non controllano automaticamente la distribuzione dell’energia.Per ottimizzare la distribuzione dell'energia durante i periodi di picco di utilizzo o in aree specifiche, le aziende elettriche utilizzano dispositivi di gestione dell'energia come interruttori e quadri di comando intelligenti per il controllo del carico.Questa tecnologia consente di risparmiare quantità significative di energia riducendo la distribuzione non necessaria o gestendo automaticamente i carichi che hanno superato i limiti di tempo di utilizzo consentiti.Per ottimizzare la distribuzione dell'energia durante i periodi di picco di utilizzo o in aree specifiche, le aziende elettriche utilizzano dispositivi di gestione dell'energia come interruttori e quadri di comando intelligenti per il controllo del carico.Questa tecnologia consente di risparmiare quantità significative di energia riducendo la distribuzione non necessaria o gestendo automaticamente i carichi che hanno superato i limiti di tempo di utilizzo consentiti.
Ad esempio, la città di Wadsworth, Ohio, utilizza un sistema di distribuzione elettrica costruito nel 1916. La città di Wadsworth ha collaborato con Itron, un produttore diInterruttori intelligenti di controllo del carico(SLCS), per ridurre il consumo di elettricità del sistema di 5.300 megawattora installando SLCS nelle case per far funzionare i compressori dell'aria condizionata durante i periodi di picco di utilizzo di elettricità.Automazione del sistema energetico – L’automazione del sistema energetico è resa possibile dalla tecnologia delle reti intelligenti, che utilizza un’infrastruttura IT all’avanguardia per controllare ogni anello della catena di distribuzione.Ad esempio, i sistemi energetici automatizzati utilizzano sistemi intelligenti di raccolta dati (simili a quelli dei contatori intelligenti), sistemi di controllo energetico (come interruttori intelligenti di controllo del carico), strumenti analitici, sistemi informatici e algoritmi del sistema energetico.La combinazione di questi componenti chiave consente alla griglia (o a più griglie) di adattarsi e ottimizzarsi automaticamente richiedendo un'interazione umana limitata.
Implementazione della rete intelligente
Quando le tecnologie digitali bidirezionali di comunicazione e automazione verranno implementate nella rete intelligente, una serie di cambiamenti infrastrutturali massimizzeranno l’efficienza della rete.L’implementazione della Smart Grid ha consentito i seguenti cambiamenti infrastrutturali:
1.Produzione decentralizzata di energia
Poiché la rete intelligente può monitorare e controllare continuamente la distribuzione dell’energia, non è più necessaria un’unica grande centrale elettrica per generare elettricità.Invece, l’elettricità può essere prodotta da molte centrali elettriche decentralizzate, come turbine eoliche, parchi solari, pannelli solari fotovoltaici residenziali, piccole dighe idroelettriche, ecc.
2.Mercato frammentato
L’infrastruttura della rete intelligente supporta anche la connessione di più reti come mezzo per condividere in modo intelligente l’energia tra i tradizionali sistemi centralizzati.In passato, ad esempio, i comuni disponevano di impianti di produzione separati, non collegati ai comuni limitrofi.Con l’implementazione di un’infrastruttura di rete intelligente, i comuni possono contribuire a un piano di produzione condiviso per eliminare la dipendenza dalla produzione in caso di interruzione di corrente.
3.Trasmissione su piccola scala
Uno dei maggiori sprechi energetici nella rete è la distribuzione dell’energia su lunghe distanze.Considerando che le reti intelligenti decentralizzano la produzione e i mercati, la distanza netta di distribuzione all’interno di una rete intelligente è significativamente ridotta, riducendo così gli sprechi di distribuzione.Immagina, ad esempio, un piccolo parco solare comunitario che genera il 100% del fabbisogno elettrico diurno della comunità, a solo 1 km di distanza.Senza un parco solare locale, la comunità potrebbe aver bisogno di ottenere energia da una centrale più grande a 100 chilometri di distanza.Le perdite di energia osservate durante la trasmissione da centrali elettriche distanti possono essere cento volte maggiori delle perdite di trasmissione osservate dai parchi solari locali.
4.Distribuzione bidirezionale
Nel caso dei parchi solari locali, potrebbe verificarsi una situazione in cui il parco solare può generare più energia di quella consumata dalla comunità, creando così un surplus energetico.Questa energia in eccesso può quindi essere distribuita nella rete intelligente, contribuendo a ridurre la domanda da centrali elettriche distanti.
In questo caso, l'energia fluisce dal parco solare alla rete principale non comunitaria durante il giorno, ma quando il parco solare è inattivo, l'energia fluisce dalla rete principale a quella comunità.Questo flusso di energia bidirezionale può essere monitorato e ottimizzato da algoritmi di distribuzione dell'energia per garantire che venga sprecata la minima quantità di energia in qualsiasi momento durante l'uso.
In un’infrastruttura di rete intelligente con distribuzione bidirezionale e confini di rete decentralizzati, gli utenti sono in grado di agire come microgeneratori.Ad esempio, le singole case possono essere dotate di sistemi solari fotovoltaici autonomi che generano elettricità quando sono in uso.Se il sistema fotovoltaico residenziale genera energia in eccesso, questa energia può essere immessa nella rete più grande, riducendo ulteriormente la necessità di grandi centrali elettriche centralizzate.
L'importanza della rete intelligente
A livello macroeconomico, le reti intelligenti sono fondamentali per ridurre il consumo di elettricità.Molti fornitori di servizi pubblici locali e governi offrono misure generose e aggressive per partecipare all’adozione delle reti intelligenti perché è vantaggioso dal punto di vista finanziario e ambientale.Adottando una rete intelligente, la produzione di energia può essere decentralizzata, eliminando così il rischio di blackout, riducendo i costi operativi del sistema energetico ed eliminando inutili sprechi energetici.
Orario di pubblicazione: 15 marzo 2023