Digitalizzazione del sistema energetico: cos’è e come funziona

La digitalizzazione del sistema energetico è un elemento che caratterizza in modo sensibile l’evoluzione del modo di produrre, distribuire, stoccare e gestire energia.

È un processo già in corso nel settore energetico, come in molti altri. Basti pensare ai veicoli elettrici, agli impianti fotovoltaici, alle pompe di calore e ai numerosi altri nuovi dispositivi dotati di tecnologie intelligenti. Tutti questi dispositivi generano dati, che permettono di eseguire il controllo remoto e prendere decisioni in tempo reale o addirittura in maniera predittiva. Quest’opportunità nasce, innanzitutto, dalle potenzialità offerte dall’Internet of Things. Il numero di dispositivi IoT attivi nel mondo si prevede supererà i 25,4 miliardi nel 2030, mentre il 51% di tutte le famiglie e le Pmi in Unione Europea dispone di contatori elettrici intelligenti.

Come ricorda la Commissione Europea, le politiche digitali ed energetiche dell’UE guidano già la digitalizzazione dell’energia, “poiché questioni come l’interoperabilità dei dati, la sicurezza dell’approvvigionamento, la sicurezza informatica, la privacy e la protezione dei consumatori non possono essere lasciate al solo mercato e la sua corretta attuazione è essenziale”.

Cosa si intende per digitalizzazione del sistema energetico

Per combattere la crisi climatica, garantire energia accessibile e alla portata di tutti, nonché affrontare la dipendenza dell’UE dai combustibili fossili russi, è essenziale intraprendere una trasformazione digitale e sostenibile completa del sistema energetico.

Questo significa attuare la digitalizzazione del sistema energetico: usare (bene) i dati. “Le tecnologie digitali e i dati hanno un enorme potenziale per accelerare le transizioni di energia pulita nel settore energetico”, sostiene la IEA.

Nei sistemi elettrici, le tecnologie digitali possono contribuire a integrare una quota crescente di fonti rinnovabili variabili e migliorare l’affidabilità delle reti, mentre nei settori di utilizzo finale possono migliorare l’efficienza energetica e dei materiali e ridurre le emissioni.

C’è un aspetto, sostanziale, che va considerato: il sistema energetico sta cambiando in maniera sostanziale rispetto a quello tradizionale, centralizzato. La generazione distribuita implica una produzione sempre più localizzata, che ha bisogno di essere gestita sul posto e coordinata con l’insieme. Tutto questo richiede un sapiente apporto della digitalizzazione per coordinare minigrid e altre infrastrutture che prenderanno sempre più piede.

Processi e tecnologie coinvolte nella digitalizzazione del sistema energetico

La digitalizzazione del sistema energetico, in Unione Europea, è una priorità politica ed è collegata al Green Deal europeo e al Digital Decade Policy Programme 2030. La stessa Commissione UE ha illustrato le potenzialità di affidarsi alle tecnologie digitali come dispositivi IoT e smart meter, connettività 5G e 6G. Investire su di esse permette di creare “uno spazio di dati sull’energia paneuropeo alimentato da server di cloud-edge computing e digital twin del sistema energetico facilita la transizione verso un’energia pulita apportando vantaggi alla nostra quotidianità vita”.

Le enormi quantità di dati generate dai sistemi energetici richiede la necessità di contare su strumenti in grado di selezionarli, analizzarli e trasformarli in decisioni. In questo senso, l’applicazione di tecniche d’intelligenza artificiale e di machine learning stanno consentendo nuove applicazioni e modelli di business in tutto il sistema energetico.

1. Intelligenza artificiale

Le tecnologie di raccolta dati, come i sensori e i contatori intelligenti, raccolgono dati sul consumo di energia e su altre condizioni che influiscono sul consumo energetico. I dati vengono elaborati in informazioni utili attraverso tecnologie di analisi dei dati come gli algoritmi di AI. Infine, le informazioni elaborate vengono inviate a dispositivi che possono effettuare modifiche fisiche per ottimizzare il consumo energetico.

L’intelligenza artificiale non serve solo a permettere di gestire in maniera oculata l’energia, permettendo risparmi ed efficienza, ma anche alla produzione e dispacciamento, specie con il progressivo contributo delle fonti rinnovabili. Se oggi il sistema energetico è ancora fortemente dipendente dai combustibili fossili, entro il 2050, la quota di energia elettrica nella domanda finale di energia salirà al 53%, con oltre l’80% di energia elettrica da fonti rinnovabili. Inoltre, il tradizionale panorama dei consumatori si trasformerà in un sistema elettrico che include una generazione e uno stoccaggio distribuiti sempre maggiori. Ciò include, spiega ancora la Commissione Europea:

“l’installazione di pannelli solari fotovoltaici su tutti i tetti degli edifici commerciali e pubblici entro il 2027 e su tutti i nuovi edifici residenziali entro il 2029, l’installazione di 10 milioni di pompe di calore nei prossimi cinque anni e la sostituzione di 30 milioni di automobili alimentate a combustibili fossili in viaggio con veicoli a emissioni zero entro il 2030. La riduzione delle emissioni di gas serra del 55% e il raggiungimento di una quota del 45% di rinnovabili nel 2030 si possono ottenere solo se il sistema energetico è pronto a sostenerla”.

2. Smart grid

Tutto questo potrà essere possibile grazie alle smart grid, reti elettriche intelligenti, che utilizzano tecnologie digitali e sistemi IT per monitorare e gestire il trasporto di energia elettrica da tutte le fonti di generazione, soddisfacendo le diverse richieste di energia elettrica degli utenti finali.

Su di esse ferve un crescente interesse, anche perché per ottenere l’obiettivo net zero serviranno soluzioni efficienti e sufficientemente intelligenti per far fronte all’obiettivo di decarbonizzazione dell’energia e alla sua gestione efficiente e sicura. Non è un caso che gli investimenti nelle reti elettriche richiedano di una media di circa 600 miliardi di dollari l’anno fino al 2030, segnala IEA.

Anche in Italia, le smart grid sono oggetto di interesse. A gennaio, il Ministero dell’Ambiente e della sicurezza energetica ha annunciato il via libera al finanziamento di 22 progetti per interventi di adeguamento e potenziamento delle reti di distribuzione dell’energia elettrica finalizzati ad accogliere l’energia prodotta da fonti rinnovabili e a consentire una maggiore elettrificazione dei consumi.  In una nota, lo stesso dicastero ha spiegato che:

“Viene così raggiunto un nuovo traguardo previsto entro fine anno dal PNRR, che dedica alle smart grid un complessivo investimento di 3,6 miliardi di euro. I progetti approvati consentiranno alle reti di distribuzione di accogliere ulteriori 9,8 GW (a fronte di un obiettivo di almeno 5GW) e di aumentare la potenza disponibile per circa 8,5 milioni di abitanti.”

Il ruolo dei consumatori/prosumer e dei gestori

La digitalizzazione del sistema energetico significa, in buona sostanza, gestire al meglio le risorse, dal grande al piccolo.  Le tecnologie possono aiutare i consumatori a visualizzare il proprio consumo di energia in tempo reale e ricevere consigli personalizzati su come ridurlo. Gli strumenti digitali possono anche aiutare a regolare la temperatura ambiente, effettuare la ricarica dei veicoli elettrici, gestire gli elettrodomestici per sfruttare i prezzi energetici più bassi, mantenendo un ambiente interno confortevole e salutare

I consumatori, grazie alle possibilità offerte dal sistema energetico sempre più flessibile e digitale, potranno essere sempre più parte in causa di un processo che li vedrà nel ruolo di prosumer. Pensiamo alla possibilità di partecipare a comunità energetiche all’autoconsumo collettivo, sfruttando la propria generazione energetica da impianti fotovoltaici e beneficiare di elettricità a un costo inferiore rispetto all’acquisto dalla rete. Allo stesso modo, le possibilità offerte dal vehicle-to-grid, ovvero la ricarica bidirezionale dei veicoli elettrici fornirebbe risorse energetiche aggiuntive durante le ore di punta.

I gestori (utility, ESCo ecc.) possono utilizzare gli strumenti digitali per mappare, monitorare e affrontare meglio la povertà energetica, mentre il settore energetico può ottimizzare le sue operazioni e dare priorità all’uso delle energie rinnovabili.

Rischi e criticità

La digitalizzazione del sistema energetico apporta molteplici benefici, ma può generare rischi crescenti per la sicurezza. I sistemi IT regolano reti digitali, ma anche quelle più tradizionali come gli impianti di produzione e distribuzione di energia.

La capacità di resilienza dell’intero sistema dipende dalla consapevolezza dei rischi da parte di tutti gli attori e delle parti interessate, segnala l’Agenzia internazionale dell’Energia. Il successo di qualsiasi attacco dipenderà non solo dalla capacità dell’attaccante, ma anche dalla vulnerabilità del bersaglio e dalla sua preparazione a rispondere. Per esempio, un recente studio rileva che poche compagnie oil & gas oggi riconoscono violazione della cybersecurity come un rischio importante. Lo stesso rileva che tre quarti delle compagnie petrolifere e del gas sono stati vittime di una sorta di cyber-attacco almeno una volta nell’ultimo anno.

Anche se la protezione assoluta a livello di sicurezza informatica non esiste, è possibile garantire una tutela di elevato livello. Come riuscirci lo spiega la stessa IEA, attraverso tre concetti: resilienza, sensibilizzazione e formazione, sicurezza in fase di progettazione. Nel primo caso si traduce nella capacità di resistere agli shock e di recuperare rapidamente o adattarsi a un livello di stabilità desiderato, preservando la continuità delle operazioni di infrastrutture critiche.

La promozione di una cultura della sicurezza a ogni livello è un elemento fondamentale, in tema di sensibilizzazione, formazione e consapevolezza.

Nel caso della security by design, diventa strategico incorporare obiettivi e standard di sicurezza come parte fondamentale del processo di ricerca e progettazione, non un’aggiunta successiva.

Le opportunità del digitale e le esigenze di sicurezza

Per quanto riguarda le risorse energetiche distribuite, di cui fanno parte fonti rinnovabili quali eolico o fotovoltaico, hanno esigenze di sicurezza informatica specifiche. Necessitano di un funzionamento remoto sicuro di diversi beni geograficamente separati; richiedono definizioni universali e standard di dati che gli operatori delle risorse possono utilizzare come un vocabolario comune per costruire processi di gestione del rischio universali; hanno bisogno di utilizzare standard di sicurezza internazionali comuni data l’attuale diversità di opzioni.

In questa direzione è stata formalizzata, in Unione Europea, la direttiva NIS2, nuova versione della NIS che ha ampliato il campo di applicazione delle norme in materia di sicurezza informatica a nuovi settori ed entità, migliorando ulteriormente la resilienza e le capacità di risposta agli incidenti degli enti pubblici e privati.