Smart grid, il ruolo delle tecnologie di telecomunicazione

Importanza della rete di telecomunicazione nelle Smart Grid

L’intelligenza delle reti elettriche di nuova concezione, le  Smart Grid, consiste nel rafforzare le capacità esistenti nella rete elettrica tradizionale relativamente alle azioni  di monitoraggio, valutazione,  controllo e comunicazione, rafforzando le performance del sistema elettrico nel suo insieme riducendo nel contempo i consumi nell’ottica quindi di uno sviluppo sostenibile ed eco compatibile.  Il comportamento intelligente della rete è possibile solamente a condizione che ogni componente/macchinario facente parte del sistema elettrico possa comunicare facilmente e quindi interagire con ogni altro componente/macchinario della rete e quindi con il sistema centrale EMS (Energy Management System).

L’interoperabilità dipende evidentemente dalla disponibilità di un insieme coordinato e strutturato di protocolli e standard  progettati appositamente per gestire il sistema elettrico e di comunicazione come un tutto uno e quindi come un sistema elettrico/telecomunicazioni completamente integrato.

Le reti intelligenti (Smart Grid)  si basano  su molte delle tecnologie già utilizzate nel mondo elettrico, ma aggiungono funzionalità  di comunicazione e di controllo che ottimizzano in maniera significativa  il funzionamento del sistema elettrico nel suo assieme. I sistemi di telecomunicazioni diventano quindi  una delle chiavi di volta per la progettazione di un sistema elettrico e quindi  per  l’operation di una società elettrica, rappresentando la vera spina dorsale  e l’aspetto decisivo per il successo di una Smart Grid.

Reti elettriche tradizionali e sistemi di telecomunicazione
I sistemi di telecomunicazione normalmente implementati nelle reti elettriche sono sommamente importanti dal momento che assicurano l’operatività della rete elettrica, come la trasmissione dei dati dal sistema di telecontrollo  al centro di controllo; la comunicazione vocale e di dati tra le sottostazioni, le centrali elettriche e SCADA/EMS, il monitoraggio, la gestione degli allarmi, la sorveglianza remota, consentono agli operatori la possibilità di gestire la rete nel suo complesso e prevenire i rischi collegati.
Anche le reti tradizionali usano evidentemente in modo diffuso le tecnologie di telecomunicazioni e di automazione, ma in modo non sufficientemente strutturato; anche attraverso l’utilizzo di interfacce e protocolli di comunicazione sviluppate il più delle volte per altre applicazioni, diverse da quelle energetiche.
Il limite delle infrastrutture dati delle reti elettriche tradizionali non è tanto nella quantità o qualità delle singole soluzioni impiegate, quanto piuttosto nel fatto che si tratta di soluzioni non strutturate e non perfettamente integrate e interoperabili.
Le esigenze di comunicazione dei principali player del sistema elettrico (aziende elettriche e gli altri soggetti coinvolti nella generazione, trasmissione e distribuzione) diventano quindi fondamentali per dimensionare  le infrastrutture necessarie  per comunicare  e per supportare le principali applicazioni sia lato rete elettrica che end – user.

Smart Grid e sistemi di telecomunicazione
Il massiccio ricorso ai sistemi di telecomunicazione in forma strutturata, integrata e interoperabile è un tratto distintivo delle Smart Grid. La rete elettrica intelligente è propriamente il risultato dell’integrazione dei sistemi di telecomunicazione e di automazione con i vari elementi della rete elettrica (generazione, trasmissione, distribuzione, contatori, utilizzatori finali, etc. ).
La sfida è la realizzazione di una infrastruttura comune ed  integrata che gestisca il trasporto dati (da e per) le sedi dei clienti, i sistemi di generazione (generazione convenzionale e rinnovabile distribuita), i sistemi di trasmissione e distribuzione, i centri di controllo e dispatching delle società elettriche (EMS – Energy Management System e DMS – Distribution Management System),  i data center delle stesse società elettriche. Peculiare della Smart Grid è l’impiego di applicazioni “two-way wide area communication network”, infatti tutti i componenti della rete devono potere comunicare e interagire tra di loro attraverso una rete di comunicazione. L’adozione e l’uso di tecnologia basata su standard e protocolli internazionali ed “open” offre una vasta gamma di opportunità per lo sviluppo della rete intelligente.

Nuovo paradigma per lo sviluppo dei sistemi elettrici
Il nuovo paradigma per la progettazione di un sistema elettrico è l’integrazione e l’interoperabilità, sia a livello macro (la rete di trasmissione e/o i grandi sistemi di generazione convenzionali) sia a livello micro (reti di media e bassa tensione).
Interoperabilità e scambio dati tra i dispositivi sono una condizione irrinunciabile per i vari sistemi applicativi:
• Sistemi energetici (generazione, trasmissione, distribuzione, servizi post contatore);
• Sistemi di protezione  automazione, controllo;
• Sistemi di telecomunicazione (metering incluso);
• Sistemi di accounting;
• Applicazioni intelligenti (Smart City and Smart Community).

Diversamente dal passato i sistemi di telecomunicazione non vengono più progettati in un momento successivo alla definizione di tutti gli aspetti tecnici (energetici ed elettrici) ambientali ed economici. Oggi la progettazione di un nuovo sistema  elettrico (così come il repowering di una rete esistente) prevede di tener in conto sin dall’inizio ed in maniera integrata le esigenze di comunicazione e di interoperabilità così come di quelle elettriche ed energetiche.
In altre parole, ad esempio,  in fase di espansione della Generazione e/o Trasmissione elettrica occorre tener conto delle esigenze del consumatore (industriale, commerciale e residenziale) non solo in termini di maggiore domanda, ma anche del diverso modo di interloquire (e quindi comunicare) con gli altri player del sistema.
Questa nuova impostazioneimplica l’impiego di moderne tecnologie di comunicazione e sempre più spesso il ricorso ad architetture ibride e soluzioni ad hoc.
La Smart Grid integra applicazioni tradizionali quali:  SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition),  sistemi di controllo della  distribuzione elettrica, sistemi di dispatching e controllo (EMS – Energy Management System e DMS– Distribution  Management System), sistemi di gestione della domanda (DSM – Demand Site Management),   contatori elettronici, così come l’automazione delle sottostazioni (SA Substation Automation);  applicazioni di Micro Grid (nelle diverse tipologie Milli Grid, Micro Grid e  Nano Grid), generazione distribuita e sistemi di accumulo.

Nuovo approccio progettuale; Protocolli di comunicazione e sviluppo di  sistemi aperti – continua a leggere

Diego Bernini (Università Bicocca – Milano), Gianluca Colombo (c2t – Milano), Ferruccio Giornelli (DeMEPA – Milano), Sergio Levrino (ItAsiaLtd – Hong Kong), Pasquale Motta (DeMEPA – Milano).

frase “L’articolo sintetizza progetti e studi condotti dagli autori in collaborazione anche R. Avigni, R. Iorio e F. Leopaldi”.