Smart Grids: cosa sono?

-Articolo a cura di Bruno Brentegani

Negli ultimi anni, l’aggettivo anglosassone “smart” ha di fatto invaso il nostro vocabolario quotidiano. Ormai tutto è “smart”: i cellulari sono diventati smart phones, le auto smart car, le case smart houses. In sostanza una serie di comodità messe a disposizione dal progresso tecnologico che spaziano dal poter fare filmati in alta definizione con un telefono poco più grande di una vecchia musicassetta, fino alla possibilità di poter accendere il climatizzatore o il forno a microonde anche se non siamo a casa ma, ad esempio, imbottigliati nel traffico.

Tutta questa intelligenza elettronica fa parte di un quadro molto più ampio che “vive” sotto il miraggio delle smart cities. Città completamente connesse in rete in grado di gestire autonomamente risorse e informazioni pubbliche e private in tempo reale.

Molti “utenti finali” forse vedono in questo progresso un mero utilizzo della tecnologia per incrementare le comodità della vita quotidiana, non conoscendo il possibile miglioramento che queste “architetture” futuristiche possono apportare alla vita di tutti, tra cui migliore efficienza dei trasporti pubblici, dei servizi sanitari e dei servizi pubblici in genere.

Una componente fondamentale di queste smart cities sono le smart grids, ovvero una rete di produzione e distribuzione dell’energia del tutto nuova rispetto a quella attuale, nella quale produttore e consumatore dell’energia si fondono in un unico “ente” in grado di produrre energia per se stessi e, qualora ce ne sia lanecessità, fornirla ad altri utenti connessi alla rete.

Grazie a questa tecnica le utenze della smart grids giocano un doppio ruolo, quello di produttori-consumatori.

Struttura della rete di produzione e distribuzione attuale

Vi è un ente produttore e distributore dell’energia che produce e distribuisce l’energia elettrica tramite la rete agli utenti finali. Si può dire che la distribuzione e l’erogazione (fatta eccezione per i pochi utenti che occasionalmente tramite il fotovoltaico rivendono l’energia al produttore) sia “monodirezionale”, come descritto in figura 1.

Una volta generata l’energia elettrica viene distribuita alle utenze con tecniche e apparati differenti a seconda delle specifiche esigenze di potenza richiesta e distanza dall’apparato di generazione. Non vi è inoltre, alcun tipo di comunicazione tra utente finale e ente distributore fatta eccezione per il contatore con il quale viene misurato il consumo di ogni singola utenza.

Struttura della rete di produzione e distribuzione con le smart grids

Nelle smart grids, invece, si vuole promuovere una comunicazione attiva tra produttori e consumatori. In questo tipo di reti, come detto nell’introduzione, i consumatori sono anche produttori di energia e questa produzione dovrebbe avvenire tramite fonti di energie rinnovabili.

In questo modo ogni utenza finale sarebbe in grado di auto-prodursi energia e nel contempo, qualora fosse possibile, “vendere” la propria energia prodotta in eccesso ad altri utenti connessi alla rete.

Cerchiate di giallo e blu troviamo le fonti di energia rinnovabile, mentre in rosso e grigio vi sono le fonti di energia idroelettrica, da combustibili fossili e nucleare.
Ogni centro abitato periferico al centro città (cerchiato in verde), sia esso un quartiere o una singola abitazione, è in grado di produrre energia elettrica per se stesso in maniera quasi del tutto autonoma. Anche le fabbriche (cerchiate in arancio) e i principali luoghi di ritrovo sociale, ad esempio stadi o centri commerciali (cerchiati in viola) sono provvisti di sistemi per la produzione di energia tramite fonti rinnovabili e quindi, almeno in linea teorica, energeticamente autosufficienti.

Tutte queste strutture, adeguatamente connesse in rete, possono comunicare la loro necessità o la loro disponibilità di energia effettuando uno scambio bidirezionale di quest’ultima.

Ogni edificio provvisto di uno “smart meter”, ovvero un contatore dell’elettricità più evoluto di quelli attuali che effettua un monitoraggio dell’energia prodotta e consumata da ogni edificio connesso alla rete, in maniera tale da compensare eventuali mancanze di energia in alcune parti della rete senza doverle richiedere a entità della smart grid che magari dovrebbero inquinare o consumare risorse preziose per produrla.

Esempio

Se una abitazione della smart grid fosse in “debito” di energia, invece di richiederla, come succede ora, ad un fornitore che usa ad esempio combustibili fossili inquinanti, potrebbe “chiederla” tramite la rete della grid ad una sorgente che utilizza fonti di energia rinnovabile in maniera tale da non inquinare e usufruire di energia “gratuita”, ma non solo! Ancor prima di richiederla ad un sorgente esterna alla sua zona di appartenenza, potrebbe, sempre tramite la connessione in rete, richiederla ad un vicino di casa che magari è in eccesso di energia senza ulteriori consumi inutili.

In questo esempio si chiarisce il meglio il ruolo dei vari “attori” di questa rete. L’abitazione in debito di energia rimane consumatore, come nell’attuale schema della rete di distribuzione, invece, il vicino di casa che produce energia in eccesso può cederla, diventando così produttore e distributore di energia.

Tutto questo sistema deve però essere regolato da una serie di software e regolamentazioni di sicurezza, infatti immettere energia in rete e lavorare con una rete in cui il flusso energetico è bidirezionale può comportare una serie di problemi non trascurabili che sono ad oggi materia di studio di aziende e enti universitari per poter realizzare città più sostenibili dal punto di vista energetico.

Nella prossima parte di questo articolo conosceremo meglio gli smart meters! Ovvero i contatori intelligenti che garantiscono il monitoraggio della produzione e del consumo di energia e la comunicazione tra elementi della smart grid.