Ottimizzazione predittiva per la sicurezza e l’efficienza delle utility contro i danni del clima

L’aumento dell’elettrificazione dei servizi come la ricarica veloce delle auto elettriche e dei centri di generazione rinnovabile distribuita, mette a dura prova la resistenza e l’efficienza delle reti stesse. A questo si sommano gli effetti spesso imprevedibili degli eventi meteorologici estremi, in aumento in zone finora considerate non a rischio a causa degli effetti della crisi climatica.

Per rispondere a queste nuove esigenze del sistema e sprecare meno energia possibile, la tecnologia può fare molto realizzando una ottimizzazione predittiva delle reti. “Pioneristici sistemi di rilevamento dei guasti in tempo reale basato sulla posizione. Sono in grado di rilevare: l’ora, il luogo e l’impatto immediato di eventi meteorologici estremi e persino proporre una soluzione“ evidenzia a Canale Energia Amir Cohen, CEO of EGM che ha sviluppato un progetto pilota con la Israel Electric Corporation. Il progetto ha dimostrato come l’elaborazione di dati con una intelligenza informatica, può aumentare la capacità della rete elettrica di diminuire la congestione e ridurre lo spreco di energia rinnovabile il tutto senza implementare nuove inutili infrastrutture. Si tratta della “prima implementazione al mondo di sistemi multi-sensing su linee di trasmissione per consentire la classificazione dinamica della linea, che consente di aumentare i flussi di potenza in modo sicuro durante le condizioni di raffreddamento senza superare i limiti di temperatura di sicurezza”. Vediamo nel dettaglio con Cohen cosa sta accadendo alle reti elettriche e come questi sistemi di di ottimizzazione predittiva possono agire. 

Perché i veicoli elettrici a ricarica rapida rappresentano  una sfida per le reti elettriche?

La ricarica rapida sarà la chiave per accelerare la transizione al trasporto a zero emissioni di carbonio. La ricarica delle batterie dei veicoli elettrici dovrà avvenire con la velocità e le comodità delle pompe di benzina convenzionali. L’Europa ha visto un grande aumento, circa il 90%, nei punti di ricarica a corrente continua (DC) una crescita maggiore anche rispetto l’anno scorso. Ma questa tipologia di servizi di ricarica veloce può anche causare una ‘distorsione armonica’, cioè emettere onde ad alta frequenza che disturbano il normale flusso e riflusso di corrente alternata (AC) attraverso la rete elettrica. Riducendo potenzialmente la qualità dell’energia fornita a milioni di case e aziende.

La concentrazione di punti di ricarica veloci in luoghi come le stazioni di servizio potrebbe anche causare hotspot di ‘inquinamento armonico’. Contaminando di fatto l’alimentazione elettrica e danneggiando le reti di distribuzione vicine e i dispositivi elettrici su un’ampia area.

La distorsione armonica può causare molti problemi, dagli impulsi di coppia nei motori al malfunzionamento degli azionamenti a velocità variabile che regolano le velocità delle macchine, che danneggiano o riducono la durata delle apparecchiature mediche o industriali di vitale importanza. Potrebbe inoltre causare una violazione involontaria dei limiti di qualità dell’energia dell’UE, come previsto dalla norma EN50160.

I nuovi elettrodomestici verdi come i caricabatterie e le pompe di calore veloci EV presentano diversi ‘profili di carico’ o modelli di consumo energetico. I dispositivi convenzionali e le reti di distribuzione non sono stati progettati per loro.

L’integrazione di questi dispositivi nella rete richiede una visibilità in tempo reale delle reti di distribuzione, consentendo agli operatori di mantenere la qualità dell’energia monitorando e gestendo costantemente la domanda alla fonte.

Tuttavia gli operatori di rete attualmente hanno poca visibilità di quanto accade a livello di distribuzione. Il che provoca scarsa capacità di fermare gli scarichi da milioni di EV e altri dispositivi che inquinano la nostra qualità dell’energia.

I nuovi sistemi di monitoraggio della rete ‘multi-sensing’ adesso utilizzano sensori e sofisticate analisi dei dati, per fornire una ricca finestra in tempo reale sulla qualità dell’alimentazione attraverso le reti di distribuzione, creando reti intelligenti in grado di prevedere e prevenire l’inquinamento armonico alla fonte. Questi sistemi possono rilevare errori nei livelli di tensione o corrente inferiori all’1% e persino registrare la forma d’onda o la forma dei cicli di corrente e tensione, per aiutare a mantenere continuamente le reti entro i limiti della qualità dell’alimentazione.

Si tratta di una tecnologia in grado di monitorare e analizzare oltre 60 parametri elettrici, fisici e ambientali per identificare eventuali fattori alla base della ridotta qualità della potenza da cadute di tensione a eventi momentanei come oggetti che toccano la linea.

Come sono i limiti delle reti negli eventi meteorologici causati dalla crisi climatica? Le reti intelligenti potrebbero essere un’opportunità?

L’aumento degli eventi meteorologici estremi da record rappresenta una minaccia crescente per la sicurezza della rete elettrica. Un recente studio ha rilevato che il tempo estremo è ora la più grande minaccia per le utility e le reti.
In questo scenario l’espansione delle linee di alimentazione abilitate da fonti di energia distribuite crea vulnerabilità più ampie per la rete. Allo stesso tempo, l’elettrificazione di nuovi settori, dai trasporti all’industria, comporta la moltiplicazione degli effetti di eventuali interruzioni della rete.

Gli eventi meteorologici estremi possono influenzare tutto, dalla qualità dell’alimentazione e dall’affidabilità alla disponibilità.

Oggetti come alberi che cadono sulle linee o cortocircuiti bifase causati dal vento forte possono ridurre la qualità dell’energia, influenzando le prestazioni della rete e degli apparecchi elettrici vicini da apparecchiature mediche a industriali. Gravi ondate di calore possono anche causare surriscaldamento delle linee, abbassando la loro capacità di carico di corrente e persino causando incendi. I grandi eventi, dalle tempeste alle ondate di calore, hanno anche causato diffuse interruzioni di corrente.

Poiché le reti elettriche si trovano ad affrontare un clima sempre più volatile, ogni parametro, dalla temperatura alla qualità dell’alimentazione, dovrà essere monitorato e gestito in tempo reale su tutte le reti end-to-end.

Tuttavia, molti metodi di monitoraggio della rete esistenti coinvolgono pattugliamenti fisici, analisi retrospettiva dei dati o monitoraggio in tempo reale di pochi parametri specifici come la corrente. E le utility attualmente hanno poca o nessuna visibilità delle reti di distribuzione che sono sempre più vulnerabili agli eventi meteorologici estremi. Inoltre non possono rilevare la posizione dei guasti.

I pionieristici sistemi di monitoraggio della rete, consentono il rilevamento dei guasti in tempo reale basato sulla posizione. Sono in grado di rilevare: l’ora, il luogo e l’impatto immediato di eventi meteorologici estremi e persino proporre una soluzione. Ciò elimina la necessità di pattugliamenti fisici della rete, consentendo alle risorse umane di essere più strategicamente mirate. Questi sistemi possono analizzare le cause più comuni di problemi legati alle condizioni meteorologiche, dalle interruzioni di corrente alle distorsioni armoniche per informare le reti più resilienti. La tecnologia multi-sensing è ora in grado di analizzare oltre 60 parametri, dalla tensione alla corrente e alla temperatura, fornendo un’immagine a spettro completo dell’impatto degli eventi meteorologici su tutto, dalla qualità dell’alimentazione all’affidabilità. Possono anche abilitare la valutazione dinamica della linea in cui le previsioni meteorologiche sono combinate con i dati dei sensori dalla rete, aiutando a regolare la capacità della rete in base alle condizioni meteorologiche in tempo reale. In definitiva, questi dati potrebbero essere combinati con l’IA per creare reti intelligenti di ‘apprendimento’ che crescono progressivamente più intelligenti da ogni evento meteorologico estremo.

Il progetto pilota in Israele utilizza questi sistemi di previsione avanzata?

Molte reti stabiliscono limiti di capacità cauti che causano congestione, guidano la domanda insostenibile di più reti elettriche e sprecano un enorme potenziale di energia rinnovabile. Ad esempio, gli operatori di rete attualmente si basano su stime approssimative, basate su fattori limitati come la velocità del vento per stimare la corrente massima che le linee aeree possono trasportare senza surriscaldamento.

Non riescono quindi a sfruttare la maggiore capacità termica delle linee di trasmissione durante il clima più freddo per portare più energia pulita alle famiglie.

Un progetto pilota che come EGM abbiamo realizzato con Israel Electric Corporation ha dimostrato come l’analisi dei dati intelligenti possono aumentare la capacità della rete elettrica per alleviare la congestione e ridurre la riduzione della generazione rinnovabile senza realizzare nuove inutili infrastrutture. Il pilota ha visto la prima implementazione al mondo di sistemi multi-sensing su linee di trasmissione per consentire la classificazione dinamica della linea, che consente di aumentare i flussi di potenza in modo sicuro durante le condizioni di raffreddamento senza superare i limiti di temperatura di sicurezza.

La tecnologia è stata operativa in pochi minuti di configurazione e analizza i dati su oltre 60 parametri. Dalla tensione alla temperatura, aiutando a prevedere con precisione la capacità potenziale massima delle linee elettriche diversi giorni prima. Questo aiuterà gli operatori a sfruttare le condizioni meteorologiche favorevoli per integrare in modo sicuro più energia pulita nella rete senza inutili infrastrutture aggiuntive. Sbloccando la capacità di riserva sulle linee di trasmissione ad alta tensione a lunga distanza, ciò potrebbe eliminare la necessità di ridurre i generatori rinnovabili lontani.

La stessa tecnologia ‘multi-tasking’ può anche utilizzare sensori feeder o meter per identificare il sito e la fonte di perdita di potenza o furto attraverso le reti di trasmissione e distribuzione e persino trovare le cause comuni di guasti in più siti, contribuendo a ridurre gli sprechi di energia elettrica.

La piattaforma di monitoraggio della rete può anche analizzare con precisione le misurazioni del carico dalle linee di alimentazione alle opportunità di ‘bilanciamento del carico’ tra le linee elettriche parallele, aumentando la capacità combinata della rete.

In definitiva, le reti intelligenti ottimizzate in modo predittivo per aumentare la capacità e risparmiare energia, forniranno il modo più economico per integrare le energie rinnovabili nella rete.