ENERGIA

Dalle municipalizzate alle Energy Community: la gestione della nuvola energetica

Come si governa con i sistemi un modello decentralizzato di produzione e consumo energetico: la telelettura del contatore è già preistoria, ora lo Smart Energy System

Abbiamo già preso confidenza con l’Energy Cloud e chiarito che essa si basa sulla convergenza di “elettroni di carica” ed “elettroni di info”. Vediamo ora come questi ultimi determinino la digitalizzazione della rete elettrica integrata, cioè lo Smart Energy System (SES), che come visto poggia sulla decentralizzazione delle risorse (DER, Distributed Energy Resource): queste possono essere storage, veicoli, apparecchi domestici, etc.. Stabilita un’unità energetica di riferimento (p.es. un condominio, un quartiere, residenze per studenti, un villaggio in Africa privo di elettrificazione …), il SES / DER Management System costituirà il supervisore di integrazione e il decision support  abilitato in automatico al C&C, comando e controllo, sulle risorse energetiche distribuite e sulle utenze. Ogni ESCo (Energy Service Company) se ne deve dotare per erogare i propri servizi alle comunità energetiche decentrate, le quali a loro volta devono condividerne le funzioni per interagire quali prosumer nel servizio. Vecchie municipalizzate addio ? Arrivederci ?

La sfida (si dice ormai sempre così, di tutto: al cuore, Ramon, al cuore … è tutto un western all’italiana) si sposta dunque sulla connettività, sulla raccolta dei big data data, la virtualizzazione delle risorse fisiche, l’instradamento intelligente dei flussi, l’ottimizzazione a 360°, l’energy time-shift. Mi viene in mente una frase letta su un libro americano anni fa, agli albori dell’ ITB (IT come abilitazione del Business): quando l’IT entra in un business, quest’ultimo ne assume inevitabilmente le regole. Fateci caso: quando una cosa non funziona, ormai vige la regola classica dell’EDP, spegni e riaccendi. Sempre per restare in tema di western all’italiana, possiamo dire che quando l’uomo con il trapano incontra l’uomo con il computer, l’uomo con il trapano farà i buchi solo se compatibili con il firewalling. E’ forse questo il senso più profondo dell’Internet of Things, ovvero l’internet di tutto?

Il concetto di comunità energetica può essere aplicato alla famiglia (Smart Home), quanto a una pubblica amministrazione (Smart City) o a una fabbrica (Smart Factory). Un esempio molto evidente di come la comunità conviva con servizi behind e servizi utility  lo ritroviamo nell’ arbitrage: il SES avrà algoritmi di energy trading per ottimizzare economicamente  quando restituire  energia o invece aumentare l’autoconsumo anticipando operazioni di flusso tra diverse parti della casa, del condominio, del villaggio, specie ricorrendo allo stoccaggio tramite accumulo elettrico, come visto.

Il C&C prevede il monitoraggio continuo di apparati, mentre gli analytics definiranno e terranno aggiornati i profili di consumo della comunità, nonchè manterranno o modificheranno dinamicamente il modello virtualizzato: se entrano (o escono) risorse fisiche nella grid occorre rivedere e riequilibrare il modello virtualizzato, sia per ottimizzazione ma anche per le implicazioni economiche e di bollettazione: come spesso si dice, non esistono pranzi gratis. La piattaforma C&C deve essere inevitabilmente ad architettura distribuita e di tipo SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). Questo argomento architetturale richiederà un focus dedicato, prossimamente.

Una volta compreso che il modello decentralizzato di produzione energetica prevede una rete generale (Utility Scale, o Beyond the Meter) e una grid locale (Behind the Meter), non sarà difficile immaginarsi che esistano Energy Community, variamente aggregate e delimitate, e che queste possano dare vita a concetti virtuali: la Power Station virtuale, le Unità Virtuali abilitate, il sistema di accumulo virtuale, tutte entità cui corrispondono unità fisiche, tra loro collegate e governate dal DER MS, che le vede come elementi del sistema complessivo virtualizzato. 

Dunque risulta evidente che il DER MS avrà una componente centrale (CEMS), destinata a interfacciarsi con l’Utility Scale, cioè la rete generale, e una locale destinata al governo interno della Energy Community. Questo corrisponde al fatto che, laddove esista una rete generale (non è il caso delle isole non elettrificate africane), vi sarà sempre una scelta, o un obbligo, di optare per la rete generale stessa.

Esisterà poi un Local Energy Management System (LEMS) che si prenderà cura dell’ottimizzazione all’interno della comunità. Poniamo che una comunità sia costituità da residenze per studenti e che tra queste si crei uno sbilanciamento di richieste energetiche: il LEMS provvederà a bilanciare con l’accumulo o dirottando flussi da una all’altra e ovviamente a bollettare corrispondentemente, considerando che virtualmente poi ogni singolo utente avrà un conto energetico in cloud che addebiterà alla sua chiavetta o smart card il singolo consumo individuale. Verosimilmente, il LEMS richiederà al CEMS maggiori apporti di energia non autoprodotta e questo la comprerà in rete nei momenti di migliori condizioni di prezzo, per uso immediato o per stoccaggio. Quest’ultimo poi richiederà un apposito sistema di governo e mutuo backup delle batterie (BMS, Battery Management System) direttamente collegato alla tecnologia di accumulo, della quale pure già ci siamo occupati.

A chi trovasse questo modello troppo avveniristico rammenterò che arrivai in Brasile nel 1995 trovando che il 30% delle famiglie possedeva una linea telefonica in casa. Cinque anni dopo il cellulare lo avevano tutti.

       Quindi, in una Energy Community che si rispetti, gestita con il buon senso di un prosumer pater familias:

  • si deve ottimizzare la domanda di energia con le variazioni del costo dell’energia
  • si devono prevedere i carichi sulla rete. 
  • si devono bilanciare autoconsumo e scambio con la rete usando il sistema di accumulo
  • si devono gestire efficientemente le UVA, cioè le Unità Virtuali abilitate, atraverso le risorse fisiche  (es. lampade ad alta efficienza, time shift delle lavatrici, etc.),

e questo corrisponde al demand management che deve garantire anche la stabilità della micro-grid. E’ appena il caso di dire che tutto questo onere di ottimizzazione, di decision making e di previsione sarà reso disponibile nei sistemi CEMS / LEMS di mercato attraverso l’IoT e soprattutto l’AI. Non credo ci sarà molto tempo per fare filosofie, una volta che il mercato globale spingerà in questa direzione, per cui sfoghiamoci ora  perché poi taceremo per sempre.

Un discorso particolare merita l’ e-mobility che deve perseguire la maggiore possibile autonomia dei veicoli elettrici compatibilmente con la rete di ricarica, grazie alla dislocazione di sistemi di accumulo fissi e mobili; siamo ben lontani dall’avere anche solo pensato a questo problema grande come una casa, mentre si è già proclamato che al 2035 funzionerà tutto. Se quello che andiamo scrivendo servisse anche solo a contestualizzare le tematiche elettromobili ne saremmo entusiasti.

Dunque, il veicolo elettrico è visto dalla rete come un carico ma anche come un generatore (Vehicle to Grid) e quindi il proprio bilancio ruota attorno a quando e dove ricaricare, cioè prelevare o cedere energia. Questo fa parte dei compiti di un LEMS dedicato alla comunità automobilistica virtuale di propria competenza, e si concretizza nel suggerimento di ricarica, nella risoluzione delle congestioni, nella gestione degli accumuli mobili di backup, nella restituzione dell’energia alla rete alle migliori condizioni passando al CEMS l’input a negoziare sulla rete generale.

Quanto abbiamo cercato di descrivere e avrete avuto la pazienza di decifrare definisce il ruolo delle ESCo, private o pubbliche, che dovranno costituirsi come evoluzione delle municipalizzate: la loro efficacia / efficienza si giocherà sulla determinazione del punto di pareggio tra uso di risorse centralizzate e autoconsumo. Vi sono, come in ogni sistema basato su informazioni, problemi di sicurezza, su cui ha ritenuto di intervenire l’UE, ma questo lo vediamo la prossima volta.

Dobbiamo dunque aspettarci, e augurarci direi:

  • Implementazione fisica CEMS / LEMS: sale di controllo con server farm in grado di uscire sul borsino elettrico, sugli operatori, sugli accumuli di Terna in AT / MT e sul dispacciamento, il tutto con flessibilità e sicurezza; e all’interno delle blade, i vari LEMS dedicati
  • Coopetition: varie implementazioni organizzative saranno possibili, ESCo multiservizi, municipalizzate digitali dedicate alla comunità ma anche in grado di fornire servizi di mercato, operatori a integrazione verticale della filiera fino a giungere al SES, comunità locali in grado di costituirsi come full independent off grid, etc.
  • Quanto sopra avrà impatto sociale e politico, inevitabilmente, generando interazione, possibilità di federazione, gerarchizzazione dei servizi e potrebbe essere la risposta che conduce alla riduzione e normalizzazione / stabilizzazione dei costi energetici, almeno quelli domestici, visto che finora anche la battaglia sui famigerati oneri di sistema in bolletta ha portato poco lontano, in sostanza e in trasparenza degli stessi
  • Uso specifico di produzioni rinnovabili locali: p.es. il famoso “pastazzo” siciliano, cioè lo scarto degli agrumi, capace di produzioni energetiche “a km zero” e del quale, se avremo modo, ci occuperemo più avanti.

Dovo troveremo le risorse ? Continuiamo a perdere anni scolastici e accademici, continuiamo ad avere un mercato del lavoro in cui quest’ultimo è poco più, se non poco meno, che un’elargizione borbonico-peronista. Servono ingegneri qualificati e pagati, in dobloni e non in becchime per cinciallegre. Il mondo andrà avanti con l’AI e il machine learning e quando andremo a blaterare delle eccellenze italiane un chissenefrega ci seppellirà.

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