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ENEA: smart grid e super grid per la transizione energetica

Scritto da
Andrea Ballocchi
ENEA: smart grid e super grid per la transizione energetica

Le smart grid per la transizione energetica sono fondamentali. In tutto il mondo, le reti intelligenti e il relativo mercato stanno crescendo costantemente. Statista prevede che tra il 2017 e il 2023 il valore globale dovrebbe triplicare, raggiungendo i 61 miliardi di dollari. Ecco quanto saranno importanti nel prossimo futuro le reti intelligenti per gestire la crescita delle fonti rinnovabili.

«Le smart grid sono soluzioni tecnologiche abilitanti determinanti per la transizione energetica. Queste infrastrutture permettono non solo di trasportare e distribuire energia, ma anche di gestirla per erogare servizi ancillari a supporto della rete. Preservano l’affidabilità del sistema anche in presenza di quote di generazione distribuita da rinnovabili crescenti, pilastro essenziale della decarbonizzazione», spiega Giorgio Graditi, Direttore del Dipartimento Tecnologie Energetiche e Fonti Rinnovabili di ENEA. Ecco spiegato il legame tra smart grid e transizione energetica. Per far crescere significativamente la produzione di energia da rinnovabili e integrarla in rete, è necessario che la rete stessa sia idonea a gestirla e veicolarla in modo efficiente, sicuro e resiliente. In una parola: intelligente. E perché lo sia è determinante il ruolo della ricerca. Secondo il data base JRC si contano 527 progetti su smart grid. L’importanza dell’Europa si nota dal fatto che più o meno tutti contano almeno un paese europeo tra i partecipanti. Più del 50% riguardano 7 Paesi europei: l’Italia c’è, insieme a Danimarca, Germania, Austria, Francia, Regno Unito e Spagna.

Smart Grid e reti energetiche: il ruolo di ENEA

Giorgio Graditi ENEA
Giorgio Graditi, Direttore del Dipartimento Tecnologie Energetiche e Fonti Rinnovabili di ENEA

L’importanza dell’Italia passa da attori quali ENEA. Proprio l’Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile può contare, all’interno del Dipartimento Tecnologie Energetiche e Fonti Rinnovabili, di un Laboratorio dedicato a Smart Grid e Reti Energetiche. Al suo interno operano stabilmente 20 persone e può contare anche su una microrete avanzata, una nanogrid realizzata presso il centro ricerche ENEA di Portici. Qui sono presenti strumentazioni di emulazione, impianti e infrastrutture che permettono di mettere in atto soluzioni replicabili poi in scenari reali, consentendo di validare le performance energetiche, ma anche la scalabilità.

Il lavoro di ricerca svolto dall’Agenzia nazionale è riconosciuto anche a livello nazionale e internazionale. Proprio di recente è stata ufficializzata la sua presenza nel Gruppo Consultivo International Energy Agency IEA-Italia per la digitalizzazione delle infrastrutture energetiche. Un gruppo che nasce per condividere informazioni e conoscenze e per proporre soluzioni avanzate. L’obiettivo: accelerare il processo di digitalizzazione della infrastruttura energetica, una delle mission del Recovery Plan e del Green Deal europeo.

Smart grid e transizione energetica: le caratteristiche delle reti intelligenti

L’elemento digitale e quello fisico sono parti integranti delle smart grid. Esse sono reti energetiche digitalizzate che consentono il monitoraggio, l’analisi e il controllo dei flussi energetici all’interno della catena di fornitura energetica. Tutto questo è possibile grazie alla presenza di sensori integrati nelle reti, a tecnologie evolute in ambito ICT e a logiche di gestione avanzata. Le smart grid aiutano a migliorare l’efficienza e l’affidabilità del sistema energetico e apportano anche benefici in termini di costi e resilienza.

Le reti intelligenti non sono necessariamente nuove infrastrutture. Anche le reti esistenti possono diventare smart opportunamente integrate con tecnologie abilitanti per supportare attività di monitoraggio e di gestione dell’energia tramite soluzioni ICT.

smart grid market statista
Trend di crescita del mercato smart grid (Fonte: Statista)

Per tutti questi aspetti occorre lavorare sulla ricerca e sviluppo di componenti e soluzioni, attività da tempo avviata in ENEA. Nel centro dedicato si svolgono ricerche e sperimentazioni su diverse tematiche in materia di reti intelligenti. «Si spazia dalla progettazione di logiche di ottimizzazione da applicare a diversi livelli della catena energetica, alla messa a punto di dispositivi su scala prototipale che integrano funzionalità per risolvere problemi di interfacciamento e di interoperabilità delle reti – spiega Graditi – Sono contemplate anche ricerche per definire tecnologie abilitanti quali sistemi di energy management avanzati integrati nei sistemi di accumulo, dispositivi per la protezione delle reti pensando alle reti in corrente continua, tool per la gestione avanzata dei consumi finali per l’utente attraverso programmi di demand response oppure algoritmi previsionali di produzione e consumo basati su intelligenza artificiale». Questa attività verrà portata avanti anche nell’ambito dell’Accordo di Programma sulla Ricerca di Sistema, stipulato tra ENEA e il Ministero dello Sviluppo Economico.

«L’interoperabilità è un aspetto molto importante nel lavoro di ricerca sulle smart grid, presupposto determinante per uno sviluppo concreto nelle reti preesistenti. Le tecniche di programmazione avanzata e l’intelligenza artificiale sicuramente coadiuvano nel raggiungimento dell’obiettivo», specifica il Direttore del Dipartimento Tecnologie Energetiche e Fonti Rinnovabili.

Smart Grid: a che punto siamo e quali sono i nodi da sciogliere

Le reti intelligenti non sono una vaga possibilità futura. Già oggi siamo a buon punto sotto diversi aspetti. «Le tecnologie ICT, ossia quelle propedeutiche alla realizzazione delle smart grid sono sufficientemente mature. Il roll out dei contatori intelligenti, elementi centrali per l’implementazione di una smart grid sta procedendo velocemente in Europa: dai dati 2020 oltre il 70% dei consumatori è stato dotato di smart meter».

Quello su cui si lavora è garantire condizioni di sicurezza e affidabilità. «Le smart grid veicolano informazioni mediante reti dati, generalmente gestite da soggetti terzi rispetto al distributore al contrario di quanto accade nelle reti tradizionali – ricorda Graditi –. Questo è un aspetto da affrontare perché può dar luogo a varie criticità anche per la robustezza delle reti».

Altro nodo da sciogliere riguarda la sicurezza, intesa come capacità di protezione e confidenzialità dei dati scambiati all’interno della smart grid. È un tema assai delicato, considerando l’elevata mole di dati, generalmente eterogenei scambiati all’interno di una rete tra numerosi apparati. In questo senso si rende opportuno l’impiego di tecniche di elaborazione avanzate quale quelle impiegate per le problematiche di Big Data.

Interoperabilità e legacy sono due ulteriori aspetti su cui lavorare. Nel primo caso, in una rete intelligente devono comunicare diversi apparati. Ciascuno, però, è caratterizzato da un proprio protocollo non sempre idoneo ad attivare la cooperazione e lo scambio di informazioni diretto con gli altri dispositivi della rete. L’altro tema è quello della legacy, ovvero la presenza di apparati obsoleti che non dispongono di funzionalità di comunicazione e, pertanto, non possono essere integrati in una rete intelligente.

Infine, va considerato che il concetto di smart grid può andare oltre il vettore elettrico. In questo caso è importante predisporre piattaforme di gestione integrata per il controllo e il monitoraggio di diversi vettori energetici (elettricità e calore), rispondendo alle linee direttrici della Smart Sector Integration Strategy, uno dei pilastri della strategia UE per centrare gli obiettivi al 2050 di carbon neutrality.

Smart Grid: le attività di ENEA e i progetti seguiti

L’impegno dell’Agenzia Nazionale sulle reti intelligenti è su più fronti. «Nei prossimi giorni avremo il final meeting di Interplan, progetto europeo H2020, che è incentrato sullo studio, sviluppo e implementazione di metodologie di controllo innovative per garantire la stabilità e la sicurezza di reti che operano in modo “integrato” e sui diversi livelli di tensione, partendo dalle reti in alta e altissima tensione, passando per quelle in media e bassa, fino ad arrivare agli utenti finali», spiega Graditi che è il responsabile del progetto, coordinato da ENEA.

Il ruolo di coordinamento è svolto da ENEA anche nell’altro progetto UE, eNeuron. Esso intende sviluppare strumenti innovativi per la progettazione e la gestione ottimale delle comunità dell’energia in un’ottica di integrazione delle risorse energetiche distribuite e dei vettori energetici. «Il progetto finanziato con circa 6 milioni di euro propone il concetto di hub energetico come unità primaria per il controllo e la gestione di sistemi energetici integrati, che rappresenteranno la futura architettura funzionale per soddisfare il crescente fabbisogno energetico europeo al fine di favorire la transizione verso un sistema energetico low-carbon attraverso il paradigma emergente a livello comunitario delle Energy Community» aggiunge Graditi.

Graditi è vice coordinatore del Joint Programme Smart Grids all’interno della European Energy Research Alliance, la più grande comunità di ricerca energetica in Europa. È un’associazione senza scopo di lucro basata sui membri e riunisce 250 università e centri di ricerca pubblici in 30 paesi.

Smart grid, super grid e il futuro delle reti intelligenti

ENEA, tra l’altro, è tra i 14 partner del progetto Comesto (Community Energy Storage) il cui obiettivo è integrare i sistemi di accumulo di energia in “Power Cloud” e quelli di generazione da fonti rinnovabili per favorire la partecipazione attiva degli utenti finali. Anche su questo si pongono le basi per le future smart grid, per la transizione energetica e per la creazione delle super grid.

Si tratta di reti di trasmissione ad ampio raggio, generalmente transcontinentale o multinazionale, finalizzate a rendere possibile il commercio di elevati volumi di elettricità su grandi distanze. In questo senso va ricordato anche il memorandum of understanding firmato tra Italia e Giappone, che coinvolge ENEA e NEDO. Esso prevede la costruzione e la sperimentazione di un impianto dimostrativo di ultima generazione per la trasmissione di energia elettrica in alta tensione e in corrente continua, anche nella prospettiva di favorire la creazione di reti interconnesse a livello europeo: in questo caso smart grid e super grid. «Nel nostro centro ricerche di Casaccia è stato installato un impianto pilota High Voltage Direct Current con l’obiettivo di studiare soluzioni tecnologiche e di sistema avanzate per incrementare l’efficienza nella trasmissione di energia su lunghe distanze e favorire la creazione di una rete europea interconnessa dell’energia – specifica Graditi – In questo caso ENEA sta svolgendo ricerche anche attraverso la nanogrid del centro di ricerche di Portici per la gestione e controllo di micro reti in corrente continua e sviluppo di dispositivi di protezione dedicati».

Questa è l’attività presente. Ma da qui ai prossimi 5 anni quale stato di avanzamento avranno le smart grid? Secondo Graditi sarà significativo: «l’Italia è già in una posizione di leadership internazionale a livello di filiera industriale e di ricerca. Certo, il livello di implementazione capillare dipenderà anche da quelli che saranno gli investimenti, le azioni di dimostrazione ed i risultati conseguiti ma anche dalla definizione di un quadro regolatorio e normativo strutturato e stabile».

Scritto da
Andrea Ballocchi