La notte fra sabato e domenica 28 settembre 2003,

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1 SCIENZE E TECNOLOGIA Il rischio blackout Ing. Fabio Massimo Gatta - Ing. Pietro Masato Ing. Michele Antonilli - Col. Mario Pietrangeli La notte fra sabato e domenica 28 settembre 2003, in Italia, sarà ricordata per lungo tempo come la notte del black-out. Lo stesso scenario ha rischiato di riproporsi, e in alcune zone di Piemonte, Liguria e Puglia si è di nuovo verificato, fra le 22 e le 23 del 4 novembre In quest articolo, si vogliono presentare le problematiche connesse a mancanze di energia elettrica, descrivendo il sistema di produzione trasmissione utilizzazione dell energia elettrica in Italia, unitamente alle funzioni pertinenti alla Difesa Civile in frangenti di questo tipo. Gli impianti di produzione in Italia L energia elettrica richiesta dagli apparecchi utilizzatori, per lo più alimentati in bassa tensione ed in media tensione, viene prodotta nelle centrali elettriche nelle quali energie di altra specie vengono convertite/trasformate in energia elettrica. Allo stato attuale per la produzione dell energia elettrica sono disponibili numerose tecnologie che permettono di realizzare impianti di produzione la cui potenza va da pochi kw a migliaia di MW. La potenza elettrica richiesta varia durante il giorno e dipende dal tipo di utilizzatori alimentati dalla rete, dal giorno della settimana (feriale o festivo) e dalla stagione. In pratica ogni giorno dell anno presenta un distinto diagramma di carico (cioè un andamento temporale del fabbisogno di potenza elettrica) da cui si vede che le ore di minimo assorbimento sono quelle notturne, mentre dalle tre del mattino la potenza richiesta dalla rete comincia a crescere raggiungendo una prima punta attorno alle ore 12 per poi scendere e risalire, intorno alle ore 17, al valore della massima punta giornaliera. In ogni istante deve essere soddisfatta l uguaglianza tra la potenza richiesta dalla rete e la somma delle potenze generate dalle centrali elettriche ed importate dall estero, ottenendo la copertura del diagramma di carico che viene ottenuta affidando alle centrali diversi tipi di servizio a seconda delle loro caratteristiche. La potenza efficiente di una centrale non è tutta disponibile in quanto gli impianti possono avere diversi problemi: manutenzioni programmate o straordinarie, lavori di trasformazione (ad esempio da centrale termoelettrica a carbone a centrale a gas-vapore) e ambientalizzazioni (installazione di apparati di riduzione delle emissioni inquinanti); restrizioni ambientali, come ad esempio il non rispetto dei limiti delle emissioni inquinanti degli impianti termoelettrici o la fermata dei gruppi che 42

2 La centrale termoelettrica di La Spezia Carico della Rete Italiana nel giorno di massima punta dell anno 2002 hanno superato la massima temperatura di restituzione dell acqua di raffreddamento del condensatore; scarsa disponibilità idrica, che non permette agli impianti idroelettrici di produrre la totale potenza efficiente. Il parco di generazione di energia elettrica in Italia può essere ricondotto essenzialmente alle seguenti quattro categorie: I) idroelettriche a bacino ed a acqua fluente; II) termiche a combustibile fossile (carbone, olio combustibile, orimulsion un combustibile solido ottenuto mediante un processo di emulsione del bitume naturale, gas naturale); III) geotermoelettriche; IV) eoliche e fotovoltaiche. Con tali impianti viene coperto giornalmente il fabbisogno di potenza elettrica insieme alla potenza importata dall estero. Tralicci dell alta tensione Perchè l Italia importa energia elettrica L importazione di energia elettrica in Italia si attesta a valori superiori alla media dei paesi europei e ciò perché il costo dell energia elettrica importata è inferiore a quello di produzione degli impianti nazionali. Nell anno 2005 sono stati importati dalla frontiera settentrionale MWh pari al 14,8% della totale energia immessa nella Rete di Trasmissione Nazionale ( MWh). Occorre infine sottolineare che da qualche anno nei mesi estivi, a causa del caldo torrido, il massiccio uso di condizionatori e apparecchiature refrigeranti fa registrare una punta di assorbimento di potenza uguale o superiore alla punta massima invernale che generalmente è sempre stata nettamente superiore a quella estiva. Produzione Termoelettrica Idroelettrica Eolica/fotovoltaica Totale Potenza efficiente lorda [MW] Potenza efficiente lorda e disponibile alla punta il Interconnessioni Potenza Importata [MW] anno 2003 anno 2004 Francia+Svizzera Austria Potenza media disponibile alla punta [MW] Slovenia Valori di potenza importabili in sicurezza dall Italia alla frontiera settentrionale (inverno) Totale Trasmissione e distribuzione Le centrali elettriche vengono costruite in luoghi ben definiti la cui scelta è soggetta a vincoli ambientali, sismici, di facile approvvigionamento del combustibile (in vicinanza di porti, di gasdotti, di miniere di carbone) e dell acqua di raffreddamento del condensatore (vicinanza al mare od a corsi d acqua di opportuna portata), dall ubicazione del bacino idraulico per quanto riguarda gli impianti idroelettrici, ecc.. Poiché esse possono non essere vicine alle 43

3 Centrale idroelettrica di Caneva Blackout a Roma il 28 settembre 2003 utenze da alimentare, occorre trasportare e distribuire l energia elettrica prodotta nelle centrali attraverso il Sistema Elettrico di Trasmissione e Distribuzione. La Rete di Trasmissione Nazionale Italiana (RTN) si sviluppa su tutto il territorio nazionale ed è costituita dall insieme delle linee aeree ed in cavo ad altissima ed alta tensione, attraverso le quali viene operato il trasporto dell energia elettrica dalle centrali di produzione alle aree di utilizzo, nonché l importazione/esportazione di energia elettrica da/verso Paesi Esteri confinanti. L estensione totale della RTN è pari a km di linee. Fino al novembre del 2005 la RTN è stata gestita dal Gestore della Rete di Trasmissione Nazionale (GRTN), mentre i proprietari delle linee erano soggetti diversi, quali Terna Spa (Gruppo ENEL), Edison Rete, Sondel Trasmissione, Acea Trasmissione, AEM Trasmissione Energia (TO), AEM Trasmissione (MI), ecc.. Tra queste la sola Terna possiede la quasi totalità delle linee ad Altissima Tensione (400kV), mentre le altre società sono proprietarie di linee ad Alta Tensione (220 kv-120 kv). Dal novembre del 2006 la gestione è passata a Terna che è tuttora responsabile anche del dispacciamento dell energia elettrica. L azionista di maggioranza è la Cassa Depositi e Prestiti, che detiene il 29.99% del pacchetto azionario. Attualmente quindi, a seguito della fusione con il GRTN, Terna svolge anche le attività che prima erano di competenza del GRTN ovvero la gestione della rete di trasmissione ad alta ed altissima tensione che è ad essa affidata in regime di concessione ed il dispacciamento. I diritti dell azionista vengono comunque esercitati d intesa con il Ministero delle Attività Produttive che ne definisce gli obiettivi strategici e produttivi e sotto le direttive dell Autorità per l Energia Elettrica ed il Gas. Le linee di interconnessione con i Paesi Esteri che nel 2003 erano in totale 16 di cui 6 ad Altissima Tensione: 3 linee con la Francia: Venaus-Villarodin e una doppia terna su stessa palificazione Rondissone-Albertville; 2 linee con la Svizzera: Musignano-Lavorgo e Bulciago- Soazza; 1 linea con l Austria: Redipuglia-Divaca, dal 2005 sono diventate 18 per la messa in servizio del nuovo elettrodotto ad Altissima Tensione tra Italia e Svizzera in doppia linea S. Fiorano-Robbia che ha rinforzato l interconnessione. Ci sono inoltre 8 linee di interconnessione a Alta Tensione (1 con la Francia, 5 con la Svizzera, 1 con l Austria, 1 con la Slovenia), e due linee in cavo sottomarino in corrente continua, una con la Grecia ad Altissima Tensione, l altra ad Alta Tensione con la Corsica. Nello svolgimento dei suoi compiti, prima il GRTN ed ora Terna, garantisce la sicurezza, l affidabilità e la continuità del servizio elettrico; delibera gli interventi funzionali allo sviluppo e all efficienza del sistema di trasmissione dell energia elettrica; garantisce a tutti gli operatori del settore l accesso alla rete in modo imparziale, neutrale e a parità di condizioni; concorre a promuovere la tutela dell ambiente e la sicurezza degli impianti. Terna, come prima il GRTN, aderisce all UCTE (Unione per il Coordinamento della Trasmissione di Energia Elettrica in Europa) e all ETSO (Associazione dei Gestori di Rete Europei) per garantire l esercizio coordinato dei sistemi elettrici interconnessi e per facilitare il processo di realizzazione del Mercato Unico Europeo dell Energia Elettrica. Il blackout del 28 settembre 2003 I disservizi del sistema elettrico, denominati col termine anglosassone Blackout, possono interessare popolazioni di poche decine di migliaia fino a decine di milioni di persone e sono accaduti nel passato sia in paesi industrializzati sia e soprattutto in quelli in via di sviluppo, con carichi interrotti superiori a MW e tempi di ripristino del servizio elettrico di ore, interessando popolazioni fino a 50 milioni di persone. Tra le cause che possono dare origine ai Blackout le principali sono: corto circuito su una linea di tra- 44

4 smissione seguito dalla sua apertura permanente; fuori servizio di una centrale; guasto di sbarra in centrale, in stazioni di smistamento o di trasformazione; perdita di collegamenti di interconnessione con paesi esteri attraverso i quali viene importata considerevole potenza. In seguito a tali eventi si può verificare l instabilità angolare o di tensione e, conseguentemente, il blackout del sistema. Il più grave blackout verificatosi in Italia è stato proprio quello della notte del 28 settembre 2003 alle ore 3:25, con disalimentazione delle utenze collegate alla rete in quel momento e che ha richiesto un tempo di ripristino del servizio da 3 ore (Friuli Venezia Giulia) a 20 ore (Sicilia). In quella notte alle ore 3:00 la potenza elettrica alimentata in Italia ammontava a MW di cui 3650 MW circa erano assorbiti dagli impianti di pompaggio. La totale potenza importata dall Europa era pari a 6650 MW ripartita tra le diverse linee di interconnessione a Altissima e Alta Tensione dell Italia settentrionale. L importazione, superiore a quella di programma di circa MW, rappresentava una percentuale cospicua, il 24%, del totale carico alimentato dalla RTN Italiana, ovvero il 31% della potenza erogata dagli impianti di produzione in funzione in quel momento in Italia. Gli eventi che hanno portato in poco più di minuti al blackout il sistema elettrico italiano sono qui di seguito riassunti. Alle ore 3:01 si è verificata l apertura permanente della linea svizzera a Altissima Tensione Mettlen-Lavorgo a causa di un guasto monofase a terra per contatto dei conduttori con un albero. La perdita di detta linea ha determinato una ridistribuzione della potenza importata in Italia nelle linee di interconnessione e soprattutto nella rete Svizzera provocando un sovraccarico sulla linea ad Altissima Tensione Sils-Soazza. Alle ore 3:25 a causa dell aumento di richiesta dovuto all entità ed alla durata del sovraccarico sulla linea Sils-Soazza si verificava l innesco di un arco tra i conduttori di fase ed un albero con conseguente apertura della linea stessa. Da questo istante la quasi totalità della potenza importata dalla Svizzera si è ridistribuita nelle circostanti linee in parallelo ad Alta Tensione di collegamento con l Italia provocandone dopo pochi secondi l interruzione per sovraccarico. A causa della perduta importazione di potenza (6400 MW), nel sistema elettrico italiano si sono verificati fenomeni di instabilità angolare, di abbassamento della tensione e della frequenza che hanno portato alla perdita di ulteriori di circa 6900 MW di generazione. La riduzione delle utenze alimentate, mediante il distacco automatico degli impianti per una totale potenza di 3200 MW e mediante la disconnessione di circa 7700 MW di utenze per l intervento dei relè alleggeritori (1), non è stata sufficiente ad annullare il deficit di potenza generata (pari a 1400 MW), per cui la frequenza ha continuato a scendere e, quando ha raggiunto il valore di 47,5 Hz, tutte le unità di generazione termiche rimaste in servizio sono state disconnesse, provocando il definitivo blackout del Sistema Elettrico Italiano. La rialimentazione delle utenze ha richiesto tempi di poche ore nel nord Italia e di circa 20 ore in Sicilia. Notevoli i disagi causati da una così prolungata interruzione della fornitura di energia elettrica. Circa 110 treni, con circa passeggeri a bordo e nelle varie stazioni lungo la rete ferroviaria, sono rimasti bloccati e successivamente ricoverati nelle stazioni Data Paesi Popolazioni interessate Carico non alimentato [MW] Tempo di ripristino del servizio elettrico Francia 75% popolazione alcune ore Svezia 8 milioni ore Canada (Quebec) alcuni milioni di persone ore Italia settentrionale alcuni milioni di persone Alcuni minuti Italia meridionale Lazio, Molise, Campania, Basilicata, Calabria USA-Canada 7.5 milioni ore USA-Canada 50 milioni ore Danimarca - Svezia del Sud alcuni milioni ore Italia 50 milioni ore Paesi Europei 15 milioni ore Principali blackout verificatisi nel mondo negli ultimi 25 anni (1) A 49,7 e 49,1 Hz, si ricorda che la frequenza di normale funzionamento degli apparecchi elettrici utilizzatori è di 50 Hz 45

5 Linee di interconnessione con i paesi europei confinanti più vicine; negli aeroporti alcuni voli sono stati cancellati e altri hanno subito ritardi fino al ripristino della situazione. Difficoltà nella circolazione stradale nelle grandi aree urbane, fortunatamente non molto intensa dato l orario, e blocco delle linee metropolitane. Problemi per la rete della telefonia cellulare, in quanto le batterie delle stazioni radio base sono state messe a dura prova dal perdurare della mancanza di energia elettrica. Nelle strutture ospedaliere al momento del blackout sono entrati in funzione i gruppi elettrogeni autonomi, garantendo l efficienza dei servizi principali, tuttavia si è reso necessario l approvvigionamento della nafta necessaria per mantenere il funzionamento per un intervallo di tempo prolungato; molti pazienti sono stati trasferiti da cliniche private verso gli ospedali maggiori; identico problema si è presentato per strutture strategiche quali questure, prefetture, comandi dei VVFF, palazzi istituzionali, stabilimenti industriali (ove le lavorazioni a ciclo continuo hanno subito i danni maggiori). Si è registrata carenza idrica in molte abitazioni per il mancato funzionamento delle autoclavi, problema che ha interessato anche ospedali, case di cura private, carceri. Oltre 2000 gli interventi che i circa 7000 Vigili del Fuoco in servizio hanno compiuto nell arco della giornata per soccorso a persone bloccate negli ascensori, messa in funzione di gruppi elettrogeni, consegna di gasolio, ecc.. Tenuto presente che l evento si è verificato in un giorno festivo ed in un periodo dell anno in cui la temperatura è ancora piuttosto mite, con molte attività produttive interrotte o comunque ridotte, i danni registrati sono stati piuttosto limitati. Il blackout del 4 novembre 2006 Operai al lavoro sui tralicci La sera del 4 novembre 2006 la rete elettrica europea interconnessa è rimasta coinvolta in un serio incidente originatosi in Germania e che ha provocato l interruzione della fornitura di energia elettrica a più di 15 milioni di utenti in 10 paesi. L incidente non si è evoluto in un vero e proprio blackout grazie alle procedure di sicurezza automatiche e manuali adottate dai vari TSO (Transmission System Operator) europei. Si è comunque trattato del più severo ed esteso disservizio accaduto alla rete elettrica europea in 50 anni di storia. L evento si è originato nella Germania del nord. Alle 21:38 il Transmission System Operator tedesco E.ON (la rete elettrica tedesca viene attualmente gestita da ben quattro TSOs differenti) metteva fuori servizio un elettrodotto ad Altissima Tensione a doppia linea per consentire il passaggio in sicurezza di una nave da crociera sul fiume Ems. L elettrodotto, in quel momento, trasportava una potenza elettrica di circa 1600 MW verso occidente e, con il suo distacco si sovraccaricava un altra linea ad Altissima Tensione di E.ON che alle 22:10 veniva distaccata dalle protezioni. Questo ulteriore fuori servizio innescava una serie di successivi scatti in cascata secondo un classico effetto domino, tale da portare alla separazione in tre zone della rete UCTE. Secondo quanto dichiarato dall UC- TE, che sta ancora investigando sull accaduto, un deficit di potenza di circa MW si è verificato nell area 1, comprendente tutta l Europa occidentale. Tale sistema subiva un rapido crollo della frequenza che veniva bloccato solo dall intervento dei relé alleggeritori di carico che distaccavano automaticamente una notevole parte delle utenze industriali e civili ad una frequenza di circa 49 Hz. Dopo l alleggerimento automatico della potenza alimentata, la frequenza è stata riportata al valore nominale di 50 Hz dal personale addetto al controllo e alla gestione della rete elettrica dei vari TSOs mediante l utilizzo di tutta la riserva di potenza disponibile nei vari paesi. Secondo l UCTE, le operazioni di re-sincronizzazione delle tre aree hanno impiegato appena 39 46

6 Separazione della rete UCTE avvenuta il 4 novembre 2006 minuti mentre il completo ritorno ad uno stato normale di esercizio in tutte le zone interessate è avvenuto dopo 2 ore dal primo evento. Gli aspetti strategici del rischio blackout Un blackout elettrico come quelli sopradescritti è conseguente ad un guasto tecnico, purtuttavia la rete elettrica nazionale si mostra alquanto vulnerabile agli attacchi terroristici di varia natura (si pensi ai cosiddetti ecoterroristi ), tenendo anche presente la dipendenza dall estero per i fabbisogni energetici. In tale contesto, per prevenire o comunque ridurre le conseguenze negative è necessario: ipotizzare tempestivamente scenari che potrebbero produrre stati di crisi, e cercare attraverso vie diplomatiche di rimuovere le cause di pericolo prima che provochino risultati violenti; promuovere e incoraggiare la formazione del personale della Pubblica Amministrazione e degli studenti nel campo della Difesa Civile, in particolare nel saper affrontare situazioni di estrema emergenza come un black-out elettrico o un attacco NBC (Nucleare-Biologico o Chimico); sensibilizzare i responsabili di strutture pubbliche quali ospedali, scuole ecc. nell attuazione di esercitazione dei piani di evacuazione degli stabili; favorire l addestramento dei capi famiglia per affrontare situazioni di pericolo; facilitare l acquisto da parte dei cittadini di quelle attrezzature necessarie per affrontare le conseguenze ad esempio di un blackout elettrico (installazione di sistemi di illuminazione di emergenza domestici, piccoli gruppi elettrogeni, serbatoi per l acqua, stufe a legna o a combustibili alternativi); saper individuare per ogni contesto di crisi: vie di fuga che vanno da quelle all interno di una casa a quelle locali e nazionali, gli impianti di produzione che a livello nazionale e locale possono comunque garantire continuità nell erogazione di energia elettrica, quelle industrie in grado di produrre generi di prima necessità la cui presenza deve essere sempre assicurata; gli ospedali civili e militari di più immediato impiego; i mezzi di trasporto per evacuare le persone coinvolte da un emergenza. Attore principale in queste tipologie di eventi è la Difesa Civile, vale a dire quel complesso di misure da predisporre e di attività da compiere per fronteggiare emergenze determinate sia da eventi naturali, sia da incidenti involontari e casuali, che da disastri intenzionalmente provocati da uomini. La Difesa Civile agisce nel rispetto dei compiti e delle attribuzioni devolute ai vari organi statali e non statali, sviluppando attività preventive e di coordinamento e garantendo l ordine e l economicità nel lavoro dello Stato e del Governo; essa costituisce il pilastro organizzativo del Paese, rappresentando il più significativo deterrente per un possibile nemico. Il livello di efficienza di un organizzazione di difesa civile, pertanto, è determinato dalla prontezza con cui vengono applicate le misure previste, dalla quantità e qualità del personale e dei mezzi a disposizione insieme alla durata delle operazioni di ripristino. Occorre, quindi, bandire ogni forma di improvvisazione e procedere sempre nel rispetto di accurate predisposizioni che discendano da oculate e sperimentate pianificazioni; questo per poter affrontare con tempestività e decisione l emergenza ed evitare il disordine ed il conseguente spreco di energie e cattiva utilizzazione delle strutture disponibili. Conclusioni I disservizi elettrici del 28 settembre 2003 e del 4 novembre 2006, sono significativi per dare un quadro sulla vulnerabilità dell Italia riguardo la fornitura di energia elettrica. Le conseguenze, ampiamente descritte, sono state: disagi alla popolazione; arresto di molte attività produttive con conseguenti danni economici; disagi nei trasporti; tempi di ripristino del servizio elettrico da 2 a 20 ore. Sotto il profilo strategico è importante coinvolgere maggiormente i cittadini in tema di emergenza e Difesa Civile ed armonizzare ulteriormente la normativa in materia di Difesa Civile e Protezione Civile, per costituire una struttura per quanto possibile unitaria anche considerando che gli strumenti operativi per affrontare le grandi calamità o gli atti di terrorismo sono in gran parte gli stessi. 47