Smart grid: cos’è e cosa significa

Smart grid sta per rete intelligente e si riferisce a un insieme di reti elettriche e di tecnologie che, grazie allo scambio di informazioni, permette di gestire e monitorare la distribuzione di energia elettrica da tutte le fonti di produzione e soddisfare le diverse richieste di elettricità degli utenti collegati, siano essi produttori o consumatori, in modo efficiente, razionale e sicuro.

Il concetto di smart grid nasce e si sviluppa in Europa nel 2006 dalla European Technology Platform (ETP) for the Electricity Networks of the Future, ossia la Piattaforma tecnologica europea per le Smart Grid.

La prima definizione ufficiale di Smart Grid è stata fornita dall’Energy Independence and Security Act del 2007 (EISA-2007). Il titolo XIII di questo disegno di legge fornisce una definizione chiave, con dieci caratteristiche, basata sull’utilizzo e l’applicazione delle tecnologie digitali e di comunicazione alla rete elettrica.

L’adozione delle reti intelligenti consente diversi benefici a comunità e territori.
Vediamone i principali:

1. assicura l’integrazione della generazione distribuita di energia e garantisce l’energia necessaria ai nuovi usi elettrici finali, come le pompe di calore.
2. garantisce una maggiore flessibilità e gestione dei picchi di energia.
3. riduce i tempi di interruzione elettrica, permettendo di migliorare la continuità del servizio con un elevato livello di sicurezza.
4. propone resilienza rispetto ai cambiamenti di domanda e offerta e alle nuove configurazioni energetiche. Tutto questo grazie alla tecnologia: le smart grid sono dotate di funzioni di riconfigurazione automatica e ottimale della rete e di protezioni che si adattano rapidamente.
5. rappresenta un percorso importante verso la decarbonizzazione e la transizione energetica basata su fonti energetiche rinnovabili come solare ed eolico.

Le smart grid si basano sul concetto di generazione distribuita, non più centralizzata, e questo conduce a ulteriori vantaggi, riassumibili nei seguenti:

• possibilità di introduzione di fonti rinnovabili
• Maggiore affidabilità per la presenza di molti generatori distribuiti, rispetto a pochi grossi generatori
• Riduzione delle distanze tra i generatori e i carichi elettrici

Prima di addentrarci nelle caratteristiche delle reti intelligenti è bene illustrare, in sintesi, il funzionamento della trasmissione della rete elettrica tradizionale.

Questa costituisce il passaggio tra la centrale di produzione dell’elettricità e la sua distribuzione dai fornitori agli utenti finali, possibile grazie a una rete di trasmissione a grande distanza e ad alta tensione. La distribuzione, attraverso l’apposita rete, viene attuata dalle linee a media (MT) e bassa tensione (BT). L’interfaccia tra la rete elettrica di trasmissione e quella di distribuzione è costituita da cabine primarie di trasformazione da alta o altissima tensione.

In pratica, la rete elettrica di potenza, collegata a centrali elettriche che producono energia elettrica, la trasporta ad alta tensione, attraverso la rete di trasmissione, fino a cabine elettriche di trasformazione a MT EBT e da qui fino ai centri di domanda attraverso le linee di distribuzione che raggiungono i singoli clienti/utenti finali.

La rete elettrica tradizionale è di tipo unidirezionale, sia per quanto riguarda il flusso di energia, sia per le informazioni.

La rete intelligente, a differenza della rete tradizionale che segue un modello di generazione centralizzata di energia, prevede la presenza di sistemi di generazione distribuita. Si tratta di sistemi di produzione di elettricità da fonti rinnovabili, sotto forma di unità di piccola produzione, come possono essere gli impianti fotovoltaici residenziali o aziendali o piccole centrali a biomassa, allacciati direttamente alla rete elettrica di distribuzione.

L’evoluzione consiste nel rendere questi sistemi intercomunicanti e interagibili fra di loro.

Dato che le fonti rinnovabili non sono programmabili, gestire sistemi di generazione distribuita di energia richiede anche una “intelligenza” che si manifesta nella gestione del sistema elettrico complessivo così da consentirgli di gestire a livello locale eventuali surplus di energia redistribuendoli in aree vicine, prevenendo o riducendo al minimo una potenziale interruzione. Nelle smart grid la gestione dell’energia è bidirezionale.

Le reti intelligenti contano su misuratori e dispositivi intelligenti, tali da permettere uno scambio continuo di informazioni tra tutti i nodi. In tal modo, offre forniture continue e riduce gli sprechi. Da qui il suo valore di rete efficiente. Gli smart device che fanno parte della rete intelligente sono sensori, smart meter, computer e altri apparati tecnologici.

La figura del Prosumer

Le smart grid sono volte a gestire al meglio lo sviluppo della produzione energetica su base periferica e decentralizzata della rete e per rispondere a nuovi paradigmi come comunità energetiche e modelli di autoconsumo in cui diventa centrale la figura del prosumer, ovvero un produttore/consumatore che produce e consuma la propria energia.

Nascono così nuovi concetti di gestione di energia elettrica, volti ad effettuare un bilanciamento efficiente dell’energia in modo da progettare la rete elettrica per soddisfare non i picchi di richiesta di energia ma la sua media, questo anche grazie a dispositivi intelligenti per la gestione dei carichi stessi.

Esempi e Progetti europei

L’ultimo rapporto sulle reti intelligenti in Europa a cura del Joint Research Centre (JRC) della Commissione Europea e pubblicato a Gennaio 2022 riporta alcuni dati interessanti:

• Nel periodo 2014-2020 si è registrato un aumento delle attività di ricerca e innovazione nel settore delle smart grid, con circa 407 progetti avviati per 3 miliardi di euro di investimenti.
• I progetti riuniscono 3130 organizzazioni da 45 Paesi.
• Sul totale progetti, 23 riguardano le smart city focalizzandosi sull’ottimizzazione dei sistemi energetici nelle città e sull’abilitazione di quartieri energeticamente neutri o positivi (PED).

27 progetti riguardano il tema dell’e-mobility con un focus sull’integrazione dei veicoli elettrici nella rete e sullo sviluppo di infrastrutture di ricarica e strategie di ricarica intelligente.

PAN: la Smart Grid regionale in Puglia

Molti ne parlano come della rete intelligente più grande al mondo. Stiamo parlando di PAN (Puglia Active Network), un progetto di smart grid avviato nella Regione Puglia grazie ai finanziamenti europei NER 300.
30mila Km di rete elettrica per connettere ben 44mila impianti di produzione da fonte rinnovabile diffusi sul territorio.
Un progetto di grande portata che porterà allo sviluppo di una smart grid regionale con numerose ricadute positive, come la diminuzione delle perdite di rete, l’aumento della hosting capacity, una maggiore integrazione nella rete delle fonti di energia rinnovabile e la possibilità di erogare nuovi servizi a valore aggiunto, come infrastrutture di ricarica per veicoli elettrici.

Il progetto della micro grid di Trieste, tra terra e mare

Dalla collaborazione tra l’Università di Trieste e alcune aziende del settore, nasce un progetto di microgrid elettrica marina (marine smart grid).
Obiettivo del progetto, di durata quinquennale, è lo sviluppo di tecnologie innovative per testare e dimostrare soluzioni energetiche per il miglioramento dell’efficienza, l’eliminazione delle emissioni dannose e la creazione di sistemi di alimentazione intelligenti e sistemi di gestione intelligente dell’energia.

Le smart grid sono state considerate nella proposta di Piano nazionale per l’energia e il clima (Pniec) che fissa i principali obiettivi su energia e clima dell’UE e dell’Italia al 2020 e al 2030.

Le reti intelligenti vengono menzionate, in particolare, tra le soluzioni utili a centrare gli obiettivi posti a livello ambientale e a livello di ricerca e innovazione.

Per quanto riguarda l’impegno ambientale, nel documento sviluppato dal ministero dello Sviluppo economico, dell’Ambiente e delle Infrastrutture e trasporti si ricorda l’obiettivo a livello europeo fissato per il 2030 di ridurre di almeno il 40% rispetto ai livelli del 1990 le emissioni climalteranti.

Per questo la Strategia Nazionale di Adattamento ai Cambiamenti climatici, adottata con Decreto Direttoriale 85/2015, ha delineato un quadro nazionale degli impatti dei cambiamenti climatici sulle risorse e processi ambientali e sui sistemi socio-economici del territorio italiano.

In attuazione della Strategia è stato elaborato il Piano nazionale di adattamento ai cambiamenti climatici (Pnacc), che ha analizzato i diversi tipi di impatti climatici sul sistema energetico, suddiviso per vulnerabilità fisica, operativa e impatti sulla domanda. Di conseguenza, per costruire un sistema energetico resiliente e affidabile attraverso gli scenari climatici di breve e medio termine, e in grado di evolvere rispetto agli scenari di lungo termine, è necessario considerare tali impatti anche attraverso la promozione dello sviluppo di micro grid e smart grid “per favorire l’autoproduzione ad alta efficienza di comunità urbane e distretti industriali, nel rispetto della sicurezza del sistema”.

Anche nel Pnrr sono stati stanziati precisi finanziamenti per promuovere l’adozione di reti intelligenti. Il Piano nazionale di Ripresa e Resilienza dedica alle smart grid un investimento complessivo di 3,6 miliardi di euro volti a supportare 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.

Nel Pniec e nei Piani di sviluppo, il tema delle reti intelligenti sarà dominante per i prossimi decenni, che:

“agevolerà non solo i piccoli produttori, ma anche le grandi aziende, in quanto la disponibilità di una rete in cui tutti i dispositivi comunicano tra di loro fornirà a software dotati di intelligenza artificiale una quantità di informazioni adeguate a predire adeguatamente la domanda di energia”.