Smart energy: cos’è e come favorisce la sostenibilità energetica

Per comprendere cosa sia la smart energy occorre partire dal significato stesso di “smart”. L’intelligenza è una facoltà, tipicamente umana, “di adattarsi a situazioni nuove e di modificare la situazione stessa quando questa presenta ostacoli all’adattamento”, spiega la Treccani.

Il concetto di smartness si abbina bene al mondo dell’energia in quanto essa deve provvedere a soddisfare un fabbisogno sempre più grande. Si calcola che dai 7,6 miliardi attuali, nel 2050 la popolazione mondiale supererà i 9 miliardi, secondo le previsioni delle Nazioni Unite.

Inoltre climate change e riscaldamento globale impongono un cambio di paradigma nello sfruttamento delle risorse e in una più efficiente gestione: l’energia, la sua produzione, distribuzione e consumo è parte integrante di questa visione. Da qui la necessità di una smart energy, e ancor più precisamente di smart energy system, in quanto include più settori: elettricità, riscaldamento e raffrescamento, industria, edilizia, trasporti.

Un sistema energetico intelligente è un sistema efficiente in termini di costi, sostenibile e sicuro, in cui la produzione, le infrastrutture e il consumo di energia rinnovabile sono integrati e coordinati mediante servizi energetici, utenti attivi e tecnologie abilitanti.

Si tratta, infatti, di passare da un concetto finora per lo più mono settoriale a uno olistico, che ha nell’integrazione e coordinamento il suo punto di forza. Per questo è riduttivo identificare il concetto unicamente nelle smart grid, che pure sono infrastrutture importanti in questo nuovo paradigma. All’interno dei sistemi energetici intelligenti vanno, infatti, compresi reti smart, ma anche smart building, ovvero edifici a energia quasi zero (nZEB) il cui cuore tecnologico provvede alla gestione ottimale dell’energia, unita a una maggiore consapevolezza di chi li abita.

C’entrano anche i trasporti, specie quelli legati alla e-mobility, che da puri vettori si trasformeranno in centri di energy storage in grado di accumulare e scambiare energia sul posto. Tutto questo sarà possibile grazie alle tecnologie digitali “destinate a rendere i sistemi energetici di tutto il mondo più connessi, intelligenti, efficienti, affidabili e sostenibili”, sostiene l’International Energy Agency, grazie ai dati e ai notevoli progressi ottenuti nella loro analisi e interpretazione. Un nuovo modo di gestire l’energia sarà sempre più possibile, anche grazie alla digitalizzazione che sta già migliorando la sicurezza, la produttività, l’accessibilità e la sostenibilità.

Questa transizione del sistema richiede un ripensamento della gestione energetica e del modo in cui finora si è utilizzata l’energia. È essenziale che la progettazione complessiva e le soluzioni per il futuro sistema energetico intelligente puntino non solo a una sostenibilità ambientale, ma anche economica in termini di efficienza di costi e, altrettanto importante, che siano socialmente accettabili e fattibili.

Smart energy, dati a supporto della crescita

Tutto questo è fattibile e, anzi, già stimato in positiva espansione. Fanno fede, per esempio, anche previsioni sull’argomento: secondo Technavio, si stima che il mercato globale dell’energia intelligente crescerà ad un CAGR di quasi il 15% nel periodo 2016-2020. Uno dei principali fattori trainanti di questo mercato è il crescente investimento nella tecnologia smart grid. Le reti intelligenti permetteranno di ridurre le perdite nella trasmissione e distribuzione di energia elettrica e bilanciare efficacemente la domanda e l’offerta. Il risultato netto è che gli investimenti nella tecnologia delle reti intelligenti hanno contribuito a stimolare la crescita anche dei sistemi IT delle stesse.

Ma non è, come detto, solo una questione di smart grid. Una componente importante nel cambiamento del mondo energetico dal modello tradizionale a quello intelligente è legato a componenti fondamentali quali la necessità di produrre energia ecosostenibile (fonti rinnovabili) e di stoccarla in modo da stabilizzare la produzione e la distribuzione (energy storage). Secondo il New Energy Outlook 2019, report di Bloomberg New Energy Finance (Bnef) sulla transizione energetica, si stima che nel 2050 il 50% dell’energia elettrica sarà generata da eolico e fotovoltaico, le due principali fonti di energia rinnovabile. Invece, il mercato dei sistemi di stoccaggio dell’energia ha superato i 340 miliardi di dollari nel 2018 e dovrebbe espandersi di oltre il 6% entro il 2025, secondo Global Market Inside. La possibilità generate da una maggiore digitalizzazione e sensorizzazione, grazie a soluzioni Internet of Things, permetteranno di contabilizzare meglio i consumi, accentuando le possibilità di telelettura e telegestione: pensiamo così ai contatori intelligenti (smart meter), già oggi diffusi specie in Italia, ma che aprono a nuove opportunità.

Il valore della digital transformation

Questo significa non solo contare su grandi sistemi di produzione energetica, ma anche aumentare il peso e il ruolo dei piccoli produttori: la digitalizzazione, specie nel settore elettrico, sta rendendo sempre più flessibili e soprattutto flebili le distinzioni tra produzione e consumo, permettendo la possibilità di rispondere in modo smart alla domanda, integrando fonti energetiche rinnovabili caratterizzate dalla variabilità di generazione, permettendo l’implementazione di nuove infrastrutture tra le quali quelle di ricarica intelligente dei veicoli elettrici (si pensi, per esempio, al vehicle to grid, ossia la possibilità per un electric vehicle di immagazzinare e restituire energia per stabilizzare la rete).

Insomma, la smart energy consentirà sempre più di contare su servizi integrati e interconnessi. Significa così permettere di contare su sistemi energetici intelligenti che permettano di gestire al meglio domanda e offerta, di contare su una maggiore efficienza e risparmio energetico, sfruttare le sinergie utilizzando tutte le infrastrutture e ridurre i costi di immagazzinamento dell’energia.

Un sistema energetico intelligente è tale perché punta, oltre che all’efficienza e alla sicurezza, alla sostenibilità. È un valore primario, che ha connotazioni ambientali, economici, sociali. Ridurre l’impatto sull’ambiente è fondamentale e la transizione energetica deve guardare a questo obiettivo: abbattere le emissioni climalteranti e farlo in fretta, in quanto un ulteriore aumento della temperatura globale provocherà effetti nefasti che avrà ripercussioni pesanti per la stessa sopravvivenza del genere umano e non solo.

Posto questo, la transizione energetica deve puntare a un cambiamento infrastrutturale al cui centro ci sono le smart grid.

Le reti intelligenti, come già scritto, impiegano tecnologie digitali e innovative per gestire e monitorare il trasporto dell’energia elettrica da tutte le fonti di generazione in modo da soddisfare in maniera puntuale, rapida ed efficace la domanda degli utenti finali, elevando ai massimi livelli l’affidabilità, la resilienza e la stabilità del sistema, riducendo al minimo interruzioni, costi e impatti ambientali.

Smart grid, smart meter, prosumer, energy community

Ma l’aspetto forse più importante è che le smart grid assicurano una flessibilità nella domanda e permettono ai consumatori di partecipare al sistema energetico, in veste di prosumer. Per questo si aprono scenari del tutto nuovi, che implicherà un apporto di tecnologie quali soluzioni di energy storage, ma anche gli stessi veicoli elettrici, anche grazie al vehicle to grid.

L’Agenzia Internazionale dell’Energia, parlando di reti intelligenti e dei vantaggi connessi ricorda che questa flessibilità della domanda può favorire l’incremento della capacità complessiva del sistema di integrare fonti rinnovabili. “La realizzazione di uno strato fisico infrastrutturale di rete intelligente – sostenuta da contatori intelligenti – può contribuire a sbloccare questi vantaggi” aggiunge.

Le smart grid quindi possono monitorare automaticamente i flussi di energia e adattarsi ai mutamenti della domanda e dell’offerta di energia in modo flessibile e in tempo reale. Per fare questo necessita però di strumenti di misura adeguati e altrettanto intelligenti. Qui entrano in gioco gli strumenti di smart metering, che permettono di raggiungere consumatori e fornitori, fornendo loro informazioni sui consumi in tempo reale. Con i contatori intelligenti, i consumatori possono adattare – in termini di tempo e volume – il loro consumo energetico ai diversi prezzi dell’energia durante il giorno, risparmiando sulle loro bollette energetiche consumando più energia in periodi di prezzi più bassi.

Strumenti di questo tipo possono aiutare anche a rendere più consapevoli i consumatori e aprire anche a una loro maggiore volontà di essere parte attiva al processo, non solo individualmente ma in maniera collettiva. Parliamo quindi di comunità energetiche. La proposta di Piano nazionale Energia e Clima sottolinea l’importanza di promuovere lo sviluppo di micro grid e smart grid per favorire l’autoproduzione ad alta efficienza di comunità urbane e distretti industriali, pur “nel rispetto della sicurezza del sistema”.

Ma è a livello europeo che si vuole incentivare il nuovo paradigma energetico, un nuovo modo di concepire la gestione. La direttiva UE 2019/944 sulle norme comuni per il mercato interno dell’energia elettrica cita esplicitamente la necessità che gli Stati membri incoraggino la modernizzazione delle reti di distribuzione, attraverso l’introduzione di smart grid “costruite in modo da favorire la generazione decentrata e l’efficienza energetica”. Accanto a questo parla esplicitamente della necessità di sviluppare energy community che, grazie alle tecnologie dell’energia distribuita e alla responsabilizzazione dei consumatori, “sono divenute un modo efficace ed economicamente efficiente di rispondere ai bisogni e alle aspettative dei cittadini riguardo alle fonti energetiche, ai servizi e alla partecipazione locale”.

La comunità energetica è una “soluzione alla portata di tutti i consumatori che vogliono partecipare direttamente alla produzione, al consumo o alla condivisione dell’energia”. Tali forme cooperative di produzione e consumo saranno favorite grazie alle smart technology, alla digitalizzazione.

Il ruolo degli smart building

In tutto questo una parte fondamentale l’avranno anche gli edifici. Lo evidenzia la stessa Commissione Europea, parlando della digitalizzazione del sistema elettrico, segnalando che essa sta cambiando rapidamente il panorama energetico, non solo integrando le energie rinnovabili alle reti intelligenti, ma anche agli edifici predisposti all’intelligenza, ovvero gli smart building. Lo segnala nella direttiva 2018/844, affermando che:

“Per digitalizzare il settore edilizio, gli obiettivi dell’Unione in materia di connettività e le sue ambizioni relative alla diffusione di reti di comunicazione ad alta capacità sono importanti per abitazioni intelligenti e per comunità dotate di buoni collegamenti. Si dovrebbero predisporre incentivi mirati per sistemi predisposti all’intelligenza e soluzioni digitali nell’ambiente edificato. Ciò offre nuove opportunità in termini di risparmio energetico, fornendo ai consumatori informazioni più precise sui loro modelli di consumo e consentendo al gestore di sistema di gestire più efficacemente la rete”.

Gli smart building saranno in grado di monitorare gli effettivi bisogni di energia, ottimizzando i consumi. Sarà quindi più facile non solo contare su energia green, ma anche su un alto grado di efficienza energetica. Il processo virtuoso che passa dalla smart energy permetterà di contare su edifici nZEB, a fabbisogno energetico quasi zero e su una sostenibilità energetica più ampia. Questi sono i veri presupposti per la realizzazione di una smart city, nel segno della sostenibilità energetica e ambientale.

Il mondo dell’energia è atteso a un’importante evoluzione rivolta all’efficienza e alla sostenibilità. La priorità è assolvere a soddisfare il fabbisogno crescente, diminuendo però l’impatto ambientale, a livello di emissioni. Oggi il 75% delle emissioni di CO2 prodotte dall’attività umana sono legate all’energia. Un punto di partenza da cui partire è l’apporto della tecnologia.

Digital transformation, ruolo e benefici nel mondo energy

Oggi si sta assistendo a un fortissimo cambiamento in moltissimi comparti produttivi, dal mondo industriale alle utility, ed esso è rappresentato dalla digital transformation. È la concretizzazione della possibilità di svolgere moltissime azioni, a livello di cyberspace, sui byte anziché sugli atomi. In alcuni settori questo passaggio dall’analogico al digitale è ormai presente da tempo, in altre, invece, il prodotto materiale è ancora molto consistente. Se ci si avvicina al settore delle utility, e al mondo dell’energia, il valore dell’atomo è ancora molto forte: si pensi alle centrali elettriche, agli impianti fotovoltaici, eolici… Oltre alla produzione c’è bisogno di condutture fisiche per trasportare l’energia. Come allora la trasformazione digitale può avvenire in un contesto sostanzialmente molto concreto? È proprio da qui che occorre partire. Ci sono elementi tecnologici che rendono conveniente la micro produzione di energia. Mentre nel passato la scalabilità e il volume permettevano di abbattere i costi, oggi non è più sempre così. Ci sono politiche che stanno favorendo questo trend, basato principalmente sulle fonti rinnovabili. La gestione di questa micro produzione e il trasporto conseguente dell’energia richiede sistemi sempre più basati nel cyberspazio. C’è maggiore bisogno di bilanciare le reti, non solo gestendo la distribuzione dell’energia, ma anche agendo sugli stessi piccoli produttori per stimolare una richiesta on demand. Si va così a ragionare sulle opportunità di uno storage locale, che va ad accompagnare quello più centralizzato.

Smart energy ed efficienza energetica: le soluzioni di Enel X

L’efficienza energetica e la smart energy vanno di pari passo. Il digitale si mette al servizio del risparmio e della sostenibilità. E tra le soluzioni esistenti, Enel X ne propone di personalizzate a favore di servizi di:
– analisi energetica dei dati, per individuare eventuali sprechi e definire interventi di efficientamento energetico;
– progettazione di soluzioni personalizzate;
– utilizzo di una piattaforma digitale per il monitoraggio energetico e l’analisi dei consumi;
– soluzioni per la gestione e l’ottimizzazione degli impianti HVAC da remoto;
– servizi di flessibilità per ottenere una nuova fonte di guadagno contribuendo alla stabilità della rete.

Tra i vari servizi, la piattaforma Energy Management di Enel X nasce per controllare e monitorare i consumi energetici aziendali attraverso l’uso di tecnologie digitali e Intelligenza Artificiale. La piattaforma permette di avere una visibilità su costi e consumi, sia in tempo reale sia in chiave previsionale riducendo così i costi e i consumi.

Dalle smart grid all’Intelligenza Artificiale

Qui entrano in gioco gli smart energy system e in particolare le smart grid che nascono per bilanciare produzione e consumo, riducendo le perdite e agendo su una efficienza energetica ottimale. Questi sistemi intelligenti possono beneficiare di tecnologie quali il machine learning per svolgere analisi predittive e configurare al meglio tutti gli apparati. L’intelligenza artificiale, quindi, entra in gioco per svolgere azioni di controllo, per favorire un consumo sempre più distribuito. Un ulteriore elemento che permetterà la radicazione degli smart energy system sarà anche la maggiore consapevolezza dei consumatori finali su tutto questo processo e la possibilità di svolgere interventi di efficientamento energetico, a partire dalle attività quotidiane.

In questo processo di “smartificazione”, la gestione dei Big Data ha un ruolo determinante: a questo giovano le soluzioni Internet of Things, che non sono solo diffuse ma anche embedded. I sensori sono ovunque: secondo IoT Analytics, il numero di dispositivi collegati in uso in tutto il mondo supera ormai i 17 miliardi, con un numero di dispositivi IoT pari a 7 miliardi, previsto in crescita fino a circa 10 miliardi entro il 2020 e a 21,5 miliardi entro il 2025.

Questa pervasività permette la possibilità di raccogliere dati in maniera ubiqua. Si pensi anche al ruolo degli smart meter che permettono di raccogliere informazioni preziose per svolgere analisi predittive, potendo analizzare i carichi di energia nei singoli casi, in determinate aree e ottimizzando tutto il processo energetico. I contatori intelligenti sono gli strumenti che, all’interno delle smart grid, garantiranno una comunicazione costante tra consumatori e utility e un flusso altrettanto costante di informazioni.

Smart energy system, dai prosumer alle smart city

Se gli smart energy system saranno importanti a partire dal singolo consumatore ed edificio, assumeranno ancora più valore nella visione di città e permetteranno davvero lo sviluppo delle smart city. Ci sono già esempi attuali: Singapore ha creato il digital twin, un gemello digitale della città dove si va a far confluire su di esso informazioni da molteplici infrastrutture, tra cui quelle energetiche, cercando poi di bilanciare i loro fabbisogni e consumi. La modellazione urbana e i gemelli digitali, in particolare, costituiranno il punto finale del processo di attuazione delle città intelligenti verso la progettazione ottimizzata e il funzionamento ai massimi livelli di efficienza di interi centri abitati, secondo ABI Research. Sarà ancora una volta di più la tecnologia a sostenere la trasformazione del modo in cui le realtà urbane sono progettate, monitorate e gestite, ottimizzando le prestazioni olistiche delle città in termini di gestione dell’energia, oltre che della mobilità, della loro resilienza, sostenibilità e crescita economica.

Ringrazio per la cortese collaborazione Roberto Saracco, Co Chair IEEE – FDC Digital Reality Initative