Verso la Città intelligente: l importanza delle reti (fisiche e virtuali) ed il pilastro energia

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1 Verso la Città intelligente: l importanza delle reti (fisiche e virtuali) ed il pilastro energia Andrea Marroni Metodia Responsabile Area Energy Kyoto Club "Gruppo di Lavoro Smart Cities" Settembre 2012 Gli ambiti tematici del Bando italiano su Smart Cities and Communities Il nuovo "Gruppo di Lavoro Smart Cities" del Kyoto Club è stato lanciato il 5 Giugno 2012 in occasione della Giornata Mondiale dell'ambiente. Il lavoro del Gruppo si inserisce in un dibattito divenuto molto vivace ed attuale, soprattutto dopo la pubblicazione del Decreto Direttoriale 5 luglio 2012 n. 391/Ric del Ministero dell Istruzione, dell Università e della Ricerca (AVVISO PER LA PRESENTAZIONE DI IDEE PROGETTUALI PER SMART CITIES AND COMMUNITIES AND SOCIAL INNOVATION) che individua una serie di ambiti : Sicurezza del Territorio Invecchiamento della Società, Tecnologie Welfare ed Inclusione, Domotica, Giustizia, Scuola, Waste Management, Tecnologie del Mare, Salute, Trasporti e Mobilità Terrestre, Logistica Last-Mile, Smart Grids, Architettura Sostenibile e Materiali, Cultural Heritage, Gestione Risorse Idriche, Cloud Computing Technologies per Smart Government La prima osservazione che balza agli occhi del lettore è che trattasi di un bando omnicomprensivo. Ci sono aspetti come Sicurezza del Territorio, Invecchiamento della Società, Tecnologie Welfare e Inclusione, Giustizia, Scuola, Waste Management, Tecnologie del Mare, Salute, Cultural Heritage e Gestione Risorse Idriche,che sinceramente non ci saremmo aspettati di trovare. 1

2 Chi conosce e ha seguito la nascita del concetto di città intelligente in ambito europeo, saprà che il contesto energetico è l alveo in cui questa idea si è definita e consolidata, evolvendosi essenzialmente dal filone della produzione e consumo intelligente (nel senso di efficiente) di energia fino a toccare quei settori-chiave in cui siano più immediatamente percepibili le implicazioni dirette: quindi pianificazione urbanistica, edilizia ed architettura, trasporti e logistica. Una corrente di pensiero anche più avanzata vede il vero punto di svolta, in quella evoluzione del sistema energetico europeo orientata verso lo sviluppo tecnologico di fonti alternative ai combustibili fossili verso una sempre crescente adozione di misure di integrazione delle fonti, ed in cui si è eretto a protagonista il vasto cluster tecnologico definito smart grids. La diffusione della generazione di elettricità di piccola taglia nelle città ha in effetti imposto un cambiamento nella gestione della rete di distribuzione di questa risorsa, che da una parte deve mantenere il livello di qualità e continuità del servizio dovendo implementare metodi reattivi, dall altra consentire la gestione della variabilità di più fonti. Questo nuovo scenario ha comportato la spinta verso novità sostanziali sul fronte regolatorio, sul fronte degli attori coinvolti e sul fronte tecnologico, cosi come grande attenzione si è dedicata alla convergenza fra la reti fisiche e quelle virtuali/digitali. In questo elemento sta probabilmente il cuore dello sviluppo ordinato e efficace del concetto di smart city, che altrimenti rischia di divenire un contenitore omnicomprensivo, indefinito e quindi poco concreto. Il presente articolo cerca di capire i percorsi attraverso cui questa convergenza si realizzerà. La velocità sarà direttamente proporzionale alla capacità di tutti i sistemi di rete (al momento non comunicanti tra di loro) di dare luogo ad una organizzazione integrata per la raccolta di dati attraverso una infrastruttura virtuale in cui il dato non venga raccolto passivamente, ma serva come impulso per una reazione attiva. L integrazione dei dati energetici L energia nelle sue varie componenti non deve essere più articolata in un sistema frammentato (elettricità, trasporto e riscaldamento/raffreddamento), bensì integrato con una gestione di dati coordinata. Da dove partire? Probabilmente da una piattaforma web attraverso cui verificare l andamento della curva dei consumi per rispondere in maniera tempestiva ad esigenze di flessibilità ed integrazione. Il coordinamento dovrà anche poter impostare un modello di micro grid autonome, in grado di ricevere e scambiare dati attraverso un solo connettore, consentendo la regolazione flessibile di fonti di generazione costanti e variabili su scala territoriale definita (p.es una zona residenziale, un complesso didattico, un'area industriale). 2

3 La piattaforma dovrebbe essere accessibile al consumatore finale, che con gli adeguati strumenti di privacy e sicurezza, potrà cominciare ad essere dotato di strumenti operativi concreti per la comprensione dei propri comportamenti energetici e quindi essere aiutato ad individuare misure di efficienza e risparmio. L utente domestico è uno dei principali beneficiari di questo percorso, anche sotto il profilo dell accesso trasparente alle varie proposte contrattuali dei fornitori di energia nel mercato libero. Con una infrastruttura cloud, infatti, i dati dei singoli utenti potrebbero essere raccolti, creandosi così le condizioni per lo stoccaggio di un sistema di informazioni che arriva fino al monitoraggio della singola apparecchiatura domestica. Il modello del Software come servizio, basato su cloud, ha una caratteristica che lo rende estremamente competitivo e vantaggioso sul medio lungo termine: la flessibilità. Ossia, ogni singolo utente (dal più piccolo domestico al più grande industriale), con le proprie caratteristiche molto diverse, può trovare una unica hosting infrastructure, che potrà rispondere facilmente alla richiesta delle diverse esigenze, ottimizzando i carichi di lavoro. Senza una seria ottimizzazione dei sistemi di misurazione attuali, la produzione di energia (sia da fonti tradizionali che da fonti rinnovabili) arriverà a un punto di stallo, la sicurezza delle reti sarà messa in difficoltà, si perderanno varie opportunità per realizzare l efficienza e il risparmio energetico e, infine, il mercato interno dell energia si svilupperà a un ritmo molto lento. Sul fronte hardware, dobbiamo constatare che i meccanismi di adeguamento della domanda in funzione delle condizioni di fornitura, spingono l utente finale a consumare meno elettricità in orari in cui le tariffe sono elevate, oppure quando l affidabilità del sistema è a rischio. Tuttavia si riscontrano notevoli mancanze nel modo in cui l'utente viene a conoscenza di certi dati relativi ai propri consumi. Le famiglie italiane sono state dotate di un contatore elettrico intelligente (Delibera AEEG 292 del 2006, che regola il progetto di Telegestione di ENEL Distribuzione), tuttavia riescono a beneficiarne con difficoltà. In questa ottica, dovrebbero essere realizzati e resi disponibili sul mercato componenti della filiera industriale relativa al c.d. smartmetering, in particolare quei dispositivi che controllano i consumi in casa. Le reti elettriche intelligenti Per smart grid si intende dunque una rete elettrica ottimizzata cui si uniscono la comunicazione digitale bidirezionale fornitore-consumatore e i sistemi di misurazione e controllo (i contatori intelligenti sono di solito una componente essenziale per questo obiettivo). I vantaggi delle reti intelligenti sono noti: si tratta di reti che riescono a gestire un interazione e una comunicazione diretta tra i consumatori (famiglie o imprese), gli altri utenti della rete e i fornitori di energia e che offrono al consumatore possibilità di controllo e gestione diretta 3

4 del consumo individuale, fornendo nel contempo forti incentivi ad utilizzare l energia in modo efficiente quando, ad esse, si associa un sistema di tariffazione basato sugli orari di consumo. Le reti intelligenti saranno l asse portante del futuro sistema energetico, permetteranno di sfruttare enormi volumi (perlopiù di piccola taglia, quindi diffusi) di energia rinnovabile e di integrare nel sistema anche i veicoli elettrici, continuando oltretutto ad offrire la possibilità di produrre elettricità in modo convenzionale e a garantire l adeguatezza del sistema energetico. Per le imprese del settore energetico tradizionale o per gli operatori appena entrati sul mercato, ad esempio le imprese del settore TIC (tecnologie dell informazione e delle comunicazioni), le reti intelligenti rappresentano una piattaforma per poter sviluppare servizi nuovi e innovativi nel settore dell energia, tenendo nel contempo nella giusta considerazione i problemi relativi alla tutela dei dati e alla sicurezza informatica. In Europa, negli ultimi dieci anni sono stati investiti più di 5,5 miliardi di euro in circa 300 progetti riguardanti le reti intelligenti. Secondo le previsioni, il mercato mondiale degli elettrodomestici intelligenti dovrebbe passare da 3,06 miliardi a 15,12 miliardi di dollari, rispettivamente tra il 2011 e il Quale modello di business? In questo momento risulta molto vivace la ricerca di un modello ottimale di ripartizione dei costi e dei benefici lungo la catena di valore delle reti intelligenti. L integrazione di sistemi complessi di networks, la scelta delle tecnologie efficaci in termini di costi, quali norme tecniche vadano applicate, l accoglienza che verrà data alla nuova tecnologia dagli stessi consumatori, sono aspetti che verranno risolti nei prossimi anni. La gestione a distanza dei contatori, i minori costi di lettura, l'inutilità di attuare investimenti per la produzione di energia in orari di punta sono aspetti che entreranno nella vita di famiglie e imprese. Per i fornitori di energia, di servizi e/o di TIC, il ricorso alle soluzioni associate alle reti intelligenti consentirà di fornire ai clienti servizi a valore aggiunto. Lo sviluppo delle reti intelligenti in un mercato al dettaglio competitivo incoraggia gli utenti a cambiare comportamento, a diventare più attivi e ad adattarsi a nuovi modelli di consumo intelligente. Con l introduzione delle reti intelligenti, poi, le utilities che hanno accesso ad informazioni dettagliate sui modelli di consumo, potranno essere in grado di offrire servizi a misura di singolo utente. Le opportunità sono molteplici e si aprono nuove aree di business che si inseriscono nella catena del valore delle smart grids per i seguenti profili: Software and Solutions, Meter data Management, Integration and Communication. 4

5 Dal punto di vista della utility, una piattaforma che ospita una vasta serie di dati dettagliati, serve ad aggregare o disgregare i dati in una unica architettura di tipo macro-gestionale, che successivamente possono consentire di implementare misure di pianificazione urbanistica molto avanzata ed intelligente (per es, operazioni di Geographic Information Systems, Workforce Management, ecc ) Le informazioni di consumo possono essere raccolte anche direttamente dall utente attraverso una applicazione in grado di rilevare il dato real-time, che riesca a segnalare anomalie come ad es. il superamento di soglie massime di consumo. Nel suo complesso, questa evoluzione tecnologica tende a creare i presupporti per la c.d. domotica avanzata, l industria della Housing Automation e dell Home Energy Management. Ci sono diversi aspetti da tenere in considerazione, quando si parla di gestione domestica e di tecnologia per la integrazione dei dati nelle case. Non si parla solo di ambito energetico, o di apparecchi che consumano elettricità, bensì si tratta anche (in questo senso si parla più correttamente di Home Area Network) gli aspetti della sicurezza, della salute, della telecomunicazione. Una applicazione che svolga anche il ruolo di monitoring software è uno strumento che si associa anche a in-home display, che sono già disponibili sul mercato e che si prevede - avranno una elevata diffusione. L aggregazione di consumatori per una gestione ottimale In un contesto di generazione distribuita (la c.d. democratizzazione dell energia è basata su un approccio bottom-up, non più top-down), entrano anche diversi attori nuovi, che necessariamente devono comunicare ed interagire in maniera proattiva. La definizione di un sistema di gestione di una piccola rete indipendente (c.d. micro grid, funzionante come un isola, andando ad interfacciarsi con il sistema di trasmissione generale attraverso un solo collegamento fisico) può servire a individuare ambiti di razionalizzazione e risparmio nell uso dell elettricità, ma anche soprattutto identificare spazi di ottimizzazione (a infrastruttura esistente) per delineare scenari di mobilità elettrica sul versante dell impatto sulla rete in bassa tensione (c.d. hosting capacity). A proposito di limitazione degli sbilanciamenti provocati da fonti non programmabili, occorre andare in maniera abbastanza incisiva verso sistemi di controllo della rete su base locale, connessa in uno o più punti al sistema, gestiti da una figura non ancora regolamentata, il c.d. aggregatore, un soggetto intermediario fra i consumatori ed il mercato, che probabilmente andrà ad acquisire una collocazione simile a quella delle Energy Services Companies. Si tratta peraltro di un approccio coerente con la indicazione di creare sistemi urbani integrati (ed indipendenti?) in cui l'energia andrà a costituire il pilastro centrale (si pensi agli scenari di impatto della mobilità elettrica). Lo scopo del sistema di controllo di una micro grid è in ultima istanza quello di massimizzare l efficienza energetica e garantire la sicurezza di funzionamento, sia nello stato di normale 5

6 connessione alla rete che in quello di `emergenza, in cui la micro grid funziona in maniera isolata (stand alone). Tenendo conto che una micro grid include utenze passive, ciascuna con un proprio profilo tipico di consumo giornaliero, piccoli impianti per la generazione da fonti rinnovabili (fotovoltaico e/o eolico), apparecchiature di accumulo dell energia e gruppi elettrogeni, il problema principale consiste nel coordinare in maniera `ottima il funzionamento di tutti i componenti, con lo scopo di preservare un dato livello di funzionalità e ridurre ogni forma di sbilanciamento verso la rete. Questa impostazione sembra coerente anche con i contenuti del doc 34/11 dell'aeeg, laddove l'appendice A tratta delle prime ipotesi per lo sviluppo di un meccanismo output-based per l incentivazione dei sistemi di controllo delle reti intelligenti. Un sistema energetico non-smart Per ciò che riguarda i costi dell energia, il dibattito continua ad avere grande risalto su tutti i giornali. In particolare il costo del trasporto (2 al litro per la benzina in Toscana) sembra tale che qualcuno ha parlato di demotorizzazione della società. Anche a fine giugno, quando il costo di un barile di petrolio era intorno agli 80 dollari, la benzina "alla pompa" (a parte alcuni casi eccezionali di promozione) stava sempre altissima intorno a 1,8. C'è quindi una anomalia del rapporto fra costo della benzina "retail" e costo della materia prima, che rende troppo evidente lo "squilibrio" dei rapporti di forza economica che gravano irrimediabilmente, "a cascata", sui cittadini. Sempre riguardo all energia e, in particolare, a quella elettrica, è da chiedersi come sia possibile che a fronte di investimenti importanti, sia pubblici che privati, in efficienza energetica e rinnovabili, non ci siano risparmi tangibili sul bilancio elettrico del sistema Italia. Il consumo del sistema Italia infatti è cresciuto del 1,3 %: come si spiega? Il 2011 è stato un anno di quasi recessione; la produzione industriale è in calo costante, un calo molto più marcato rispetto a quello del PIL in generale (a giugno 2012 siamo a -8 %, ma in tutto il 2011 abbiamo il segno meno a parte un mese). Dato che l'industria è il principale consumatore di energia elettrica, il pesante calo di produzione del settore avrebbe dovuto influire molto; invece il consumo, in termini assoluti, è addirittura aumentato. In sintesi quindi: si produce meno; nel frattempo da anni il settore industriale nazionale investe in progetti di efficienza degli impianti esistenti (ciò a parità di output dovrebbe tradursi in minor dispendio energetico), ma globalmente consuma 1500 GWh in più rispetto al Come è possibile? C'è qualcosa che non torna, evidentemente. Guardiamo cosa è accaduto negli USA, dove l Energy Information Administration, che funziona come un soggetto indipendente di analisi e statistica, ha un sistema di reporting energetico aggiornato all'ultimo mese (in Italia i dati del 2011 sono usciti ad agosto;si veda ad esempio: 6

7 rispettivamente per i consumi e per la produzione). In anni di moderata crescita, la generazione non aumenta, anzi c'è un lieve calo (questa è la produzione, quindi andrebbero viste eventuali importazioni/esportazioni). A diminuire di più è giustamente il petrolio che importano mentre correttamente aumentano rinnovabili e gas. Anche per i consumi è riscontrabile la stessa cosa: non ci sono miglioramenti significativi ma perlomeno i consumi non crescono, i primi mesi del 2012 infatti sono tutti in diminuzione sugli stessi mesi del Questo breve excursus vuole arrivare ad una conclusione. Smart significa sì intelligenza, ma soprattutto è sinonimo di efficienza, risparmio, flessibilità e ottimizzazione. Ed è un termine che deve essere letto in parallelo con il suo opposto: non intelligente, costoso, non efficiente, non flessibile, non ottimale. In una parola stupido. E non-smart è considerato essenzialmente quel sistema tradizionale top-down di generazione e distribuzione dell energia che trova la sua risposta nella generazione distribuita, con un approccio bottom-up cui si associ una minora dipendenza da fattori esterni, una gestione razionale nell uso dell energia per limitare i rischi e un risultato economico virtuoso, soprattutto allorquando ci troviamo a vivere in contesti con risorse limitate o comunque non infinite. I sistemi urbani integrati del futuro partono da qui per essere definiti smart, e l energia andrà a costituire il pilastro centrale. 7