Le Micro Grid e la qualità del servizio

In questo articolo viene messo in evidenza un aspetto molto delicato e  caratterizzante le Micro Grid: la possibilità di poter garantire ai clienti (sia quelli residenziali che quelli commerciali ed industriali), il servizio elettrico  con livello di qualità personalizzato o, utilizzando la terminologia tecnica, con un fattore eterogeneo di PQR (PowerQuality and Reliability).
Come noto le attuali Macro Grid di media e bassa tensione  sono progettate e gestite per garantire un livello di qualità universale, così come definito e vigilato dalle singole Autorità delle Energia a livello Nazionale. Le Micro Grid, considerate per certi aspetti come reti “private” e non gestite dall’operatore pubblico possono essere invece gestite in maniera diversi e ritagliare quindi la qualità del servizio in funzione delle effettive esigenze del Consumatore.

La gestione  della qualità del servizio è un’opportunità per le MicroGrid

Si sta affermando l’idea che il garantire il servizio universale (sempre e ovunque) di alta qualità sia un obiettivo encomiabile dal punto di vista politico e sociale, ma probabilmente troppo costoso, a livello generale, obbligando la Macro Grid a garantire un alto livello di PQR non necessario alla maggioranza degli utenti/consumatori e tariffe “alte”, non garantendo comunque la qualità richiesta da quei consumatori (Ospedali, applicazioni elettroniche ed di telecomunicazioni, applicazioni militari, centri commerciali, infrastrutture di trasporto, Università, etc.) che richiedano una maggiore qualità. In questo contesto le le piccole reti autonome quali le Micro Grid possono avere un ruolo rilevante. La Micro Grid è una nuova interfaccia tra rete pubblica e cliente finale pertanto la micro rete può essere progettata fornire non più il servizio universale bensì  un servizio eterogeneo, legato quindi alle effettive esigenze di qualità e di interrompibilità richieste, facendo pagare il surplus di PQR ai soli utenti/consumatori interessati al servizio, offrendo agli altri utenti un servizio a qualità adeguato alle necessità e quindi a tariffe inferiori a quelle proposte attualmente dalle Macro Grid.
Con questo approccio, il consumatore/utente delle future Micro Grid potrà in funzione delle sue esigenze modificare le richieste e richiedere fattori PQR variabili secondo le necessità programmabili. Tali esigenze saranno soddisfatte dalla soluzione più efficiente tra quelle fornite dalla rete pubblica e quelle disponibili nella micro grid.
Il servizio universale, in quanto tale, è un parametro statistico che difficilmente può garantire puntualmente (sempre e ovunque) il livello qualitativo richiesto dal cliente.
In sostanza se, ad un particolare cliente, il livello qualitativo garantito dalla rete pubblica non fosse sufficiente, sono possibili rimedi quali:
• richiedere alla rete pubblica una alimentazione speciale (ad esempio doppia alimentazione, connessione a rete meno perturbata
• provvedere all’interno del proprio impianto (installazione di UPS, di generatori  d’emergenza di compensatori etc)
In entrambi i casi, il costo dei provvedimenti ricade unicamente in capo ai singoli clienti. È evidente che la Micro Grid offre l’opportunità di trovare soluzioni tecniche comuni ed ottimizzate e permette di  ripartireequamente gli oneri tra i clienti.
Analogamente è anche pensabile che per alcuni clienti sia tollerabile anche una qualità inferiore rispetto a quella offerta generalmente dalla rete pubblica. Ad esempio per tutti: la disponibilità all’interruzione o alla limitazione del prelievo dalla rete pubblica (con diversi livelli di preavviso) ha già oggi un valore economico di notevole rilievo.
È pensabile che la gestione del bilanciamento carico/generazione della micro rete permetta di fornire il sopraddetto servizio alle rete. Infine, in linea di principio, alcuni investimenti della micro rete possono produrre la riduzione (o il rinvio) di investimenti della rete pubblica finalizzati al soddisfacimento degli obiettivi di qualità del servizio.
Si noti che queste opportunità per realizzarsi necessitano anche di un impianto regolatorio favorevole

3. Qualità del servizio elettrico ed il fattore PQR

L’AEEG , per quanto riguarda la distribuzione dell’energia elettrica, definisce le condizioni tecnico-economiche di accesso e connessione alle reti, stabilisce le tariffe per quanto riguarda i servizi di rete, definisce i livelli generali e specifici di qualità del servizio tecnico e commerciale, fissa gli indennizzi per il mancato rispetto degli standard, valuta reclami e istanze, e studia e monitora l’evoluzione del settore, fissando  per periodicamente gli standard che dovranno essere rispettati dai Distributori  di Energia Elettrica. L’ultimo testo integrato, ha definito all’interno del Testo Integrato della Qualità Elettrica del servizio di distribuzione e misura i criteri di regolazione per gli anni 2012 – 2015, fissando i nuovi standard di riferimento minimi le interruzioni del servizio e tutte le nuove iniziative per la definizione della qualità della tensione. Inoltre l’Autorità, grazie ad un sistema di incentivazione e penalità,basato su indicatoridi prestazione, sta facilitando un progressivo miglioramento del servizio, riducendoil numeroe la durata delle interruzioni sulle reti di distribuzione.Per rispettare questi standard, il Distributore elettrico dovrà registrare le informazioni relative a ciascuna interruzione del servizio, i tempi di erogazione delle prestazioni tecniche e la qualità della tensione erogata e comunicare annualmente questi  dati all’Autorità; Autorità che esercita il suo controllo anche attraverso  ispezioni presso i Distributori stessie che  in caso di inosservanze interviene con sanzioni anche pesant

Questo sistema oltre a prevedere che il Distributore Elettrico possa  percepire un premio legato agli obiettivi raggiunti (o una penalità), stabilisce degli  indennizzi automatici, da corrispondere ai singoli utenti di Media Tensione (a patto che i loro impianti risultino adeguati), per interruzioni superiori agli standard di continuità del servizio.

L’adeguamento ai requisiti tecnici è volontario,  ma è previsto un Corrispettivo Tariffario Specifico penalizzante,  a carico degli utenti che non si adeguano. L’Autorità ha  inoltre stabilito,  a partire dal 2006,  l’obbligo per i Distributori Elettrici, di registrazione delle interruzioni brevi e a a partire dal 2008 la trascrizione delle interruzioni transitorie, dato il numero sempre  crescente degli utenti con  dispositivi elettronici sensibili anche alle brevissime interruzioni.

Nel IV periodo di regolazione l’Autorità ha promosso nuove iniziative in materia di qualità della tensione sulle reti di distribuzione dell’energia elettrica:

• pubblicazione, anche comparativa, di dati relativi alle interruzioni transitorie, cioè le interruzioni di durata inferiore o uguale a un secondo,
• comunicazione individuale relativamente ai buchi di tensione,
• implementazione di un sistema di monitoraggio della qualità della tensione sull’intera rete di media tensione;
• pubblicazione della performance di rete relativamente ai buchi di tensione sulle reti MT;
• monitoraggio della performance delle reti di bassa tensione relativamente alle variazioni lente di tensione mediante i misuratori elettronici.

L’intervento dell’AEEG a protezione del consumatore è concentrato sulle interruzioni dell’alimentazione e sui buchi di tensione. Sono questi, in effetti i fenomeni più importanti per quanto riguarda i disturbi che possono derivare all’utilizzatore finale, ciò in relazione sia alle conseguenze dirette sia al costo di eventuali provvedimenti correttivi. I parametri della tensione di alimentazione (che sono l’oggetto specifico della misura della qualità del servizio) hanno un impatto immediato sulle caratteristiche e sul costo delle apparecchiature degli utilizzatori ciò vale, in misura variabile caso per caso, per tutti i parametri della qualità del servizio.

Le richieste di affidabilità e qualità del servizio

Le reti di trasmissione e di distribuzione possono soffrire di buchi, o meglio abbassamenti di tensione. L’esperienza DeMEPA dimostra che in generale circa il 90% delle interruzioni dei clienti T&D sono abbassamenti di tensioni momentanei mentre il restante 10% dei guasti è permanente
La scarsa affidabilità e qualità del servizio elettrico comporta seri problemi con alcune particolarità:
• la scarsa affidabilità può causare ai clienti ogni anno danni economici valutati complessivamente in diversi miliardi di Euro
• per alcuni clienti una bassa qualità del servizio rappresenta un semplice inconveniente, seppur antipatico; per la maggior parte di questi invece il danno è molto sensibile e significativamente maggiore del costo dell’energia stessa.
Per alcuni settori industriali, anche le interruzioni momentanee possono essere altrettanto costose quanto quelle legate ad una lunga interruzione. Per altri tipi di industrie i danni sono invece legati soprattutto o solo alle lunghe interruzioni.
Per ridurre queste criticità ed i costi relativi, sono previsti interventi a carico del distributore (obbligatori e definiti dalla Autorità) e dell’utente/cliente.
L’Autorità prevede interventi punitivi (multe anche pesanti a carico del distributore)  e interventi premianti a carico dell’utente/cliente. Come già indicato, il servizio di qualità del servizio e affidabilità “PQR – PowerQuality and Reliability” è un servizio universale ed omogeneo, uguale e valido per tutti i clienti.
Tale Qualità del Servizio è influenzata da:
• presenza di apparecchiature elettroniche sempre più sensibili e contemporanea presenza di componenti di elettronica di potenza con impatti negativi sulla qualità del servizio
• qualità del servizio che sta diventando  sempre di più un fattore competitivo e che richiede quindi una maggior attenzione da parte delle società elettriche dei servizi di misura e monitoraggio e contabilizzazione, grazie anche ai contatori digitali.
• crescente consapevolezza ed attenzione  da parte del mercato sulla qualità del servizio.

Livello eterogeneo di PowerQuality e di affidabilità per gli utenti di una Micro Grid

Le Macro Grid Europee sia di alta che media tensione sono progettate e gestite per garantire un livello di qualità universale ed omogeneo del servizio, così come definito dalle singole Autorità a livello Nazionale.
Diversamente le Micro Gridhanno un approccio diverso, fornendo un servizio ai clienti definito eterogeneo, permettendo  di ritagliare le esigenze di PowerQuality and Reliability alle effettive esigenze del consumatore (residenziale, commerciale ed industriale) e proteggendo i carichi (critici e non) con  una qualità del servizio commisurata alle  necessità ed alla loro rischedulabilità.
In questo modo le Micro Grid, attraverso una qualità del servizio eterogeneo, migliorano l’affidabilità complessiva dei carichi critici, riducendo i costi del sistema a causa del sacrificio (ripagato in termini tariffari) di quelli non critici.

Il fattore PQR. Fonte: analisi DeMEPA

Le esigenze di qualità ed interrompibilità del servizio, possono evidentemente variare in maniera significativa, ad esempio:
• qualità del servizio ed interrompibilità diverse da consumatore a consumatore anche della stessa tipologia. Ad esempio uno stesso consumatore residenziale, in funzione delle sue utenze (PC, HiFi, etc.) può richiedere PQR diversi. Maggiore sono le differenze per quanto riguarda  gli utenti/consumatori industriali o commerciali. Anzi uno stesso tipo di consumatore potrà avere necessità diverse;  gli uffici ad esempio con richieste diverse dalla parte operativa.
• Esigenze di qualità del servizio che variano nel tempo. Ad esempio, l’interrompibilità non è richiesta nei periodo di inutilizzo delle case per le vacanze.
• La disponibilità a costi affrontabili di sistemi di accumulo d’energia aprono prospettive completamente nuove per la qualità del servizio nelle MicroGride le richieste d’interfacciamento con la rete pubblica. Analogamente anche la diffusione del veicolo elettrico ibrido offre concrete prospettive. Ovviamente queste opportunità di sviluppi sono accessibili anche alla rete pubblica.

La segmentazione delle  Micro Grid ed il fattore PQR

Come indicato  nel precedente articolo “Le Macro e Micro Grid. Nuovi concetti e terminologia” recentemente pubblicato in questa rivista on – line, le Micro Grid sono segmentate  in Milli Grid, Micro Grid e Nano Grid. Questa segmentazione non è basata solamente sull’orizzonte geografico   (dal grande territorio  al piccolo), e da un diverso livello di tensione: con Milli Grid in Media e Bassa, Micro Grid in Bassa ed da ultimo  Nano Grid in Bassa tensione, ma differentemente dalle altre due,  in Corrente Continua.
Questa segmentazione individua anche reti con un diverse caratteristiche rispetto al PQR: infatti le prime due reti (Milli Grid e  Micro Grid) sono progettate per fornire energia anche a bassa PQR (per quei dispositivi che lo richiedono), mentre le Nano Grid sono spesso a 48 V in corrente continua e prestazioni di PQR elevati.

Conclusione

Con lo sviluppo delle Micro Gridsi amplifica il trend che si avrà con le applicazioni lato utente delle future Smart Grid, aprendo  uno scenario nuovo che cambierà  il ruolo degli operatori dell’offerta e della domanda,  creando un nuovo modello di business e l’inserimento di nuovi operatori nel dominio di mercato, quali gli operatori e gestori delle Micro Grid o i fornitori di servizi lato end – user. 
La misura e la percezione del valore aggiunto caratterizzanti i nuovi servizi saranno  fondamentali per il loro successo.
Da un lato l’offerta. Sempre più caratterizzata da un contesto di generazione distribuita, accumulo distribuito e veicolo elettrico con un numero di produttori crescenti e fortemente influenzati anche da meccanismi incentivanti (nel caso di fonti rinnovabili) o da meccanismi propri del mercato finanziarie e di transizione dal monopolio alla libera concorrenza.
Tutto ciò può portare ad un disaccoppiamento tra il mercato liberalizzato dell’energia ed mercato dei servizi di rete (monopolio). E’ da notare che se  con  le “Merchant Lines” si è spezzato il monopolio della trasmissione all’ingrosso, con le Micro Grid si sta spezzando  il monopolio dell’ultimo miglio con una rete virtuale.
Le dinamiche in atto comportano un mutamento nell’organizzazione della distribuzione dell’energia a livello territoriale che non si troverà più solo  l’opportunità di erogare un servizio standard con ricavi definiti dalla Autorità ed oscillabili solo  in un range definito e con profitti di fatto definiti, con una remunerazione garantitadegli investimenti ed un business legato essenzialmente alla buona gestione e rischi imprenditoriali limitati. Il nuovo scenario dovrà infatti integrare l’erogazione della fornitura (produzione di energia) con i servizi di gestione e  manutenzione degli asset sulla base di parametri specifici che rispondano alle effettive  esigenze del cliente.Integrazione, a dire il vero, molto delicata tra un mercato dell’energia liberalizzato e  quello dei servizi di rete regolato (monopolio naturale). In realtà lo sviluppo di applicazioni di MicroGrid (o meglio di cluster di Micro Grid) potrebbe in prospettiva mettere in crisi, se non  “spezzare” questo monopolio naturale.
La competizione presumibilmente avverrà tra l’economia di scala possibile con la rete pubblica e la flessibilità e l’integrazione di servizi diversi possibili alla MicroGrid. Anche qui l’asettoregolatorio avrà un impatto determinante nel raggiungimento delle soluzioni più efficienti.
Allo stesso tempo il consumatore, diventato in molti casi prosumer (producer + consumer), diventa un elemento attivo della Micro Grid che programma il come e il quanto consumare(ed eventualmente produrre) sulla base delle sue effettive esigenze e diventa centrale nell’ambito dell’erogazione del servizio.
Dopo una fase ancora in atto di maturità del consumatore che ha comportato una maggiore consapevolezza del servizio di fornitura elettrica acquisito, si passa e si passerà alla modulazione della richiesta di tali servizi al proprio profilo comportamentale e/o esigenze ed eventualmente verso la modifica di tali esigenze in un processo di adattamento biunivoco.
“Con che qualità erogare e acquistare il servizio e con quali costi” è la domanda che dovranno porsi gli operatori di mercato, i produttori alla ricerca di massimizzare la loro posizione e i clienti cercando di ridurla.
Se qualità significa anche quantità di servizi offerti, il successo del business delle Micro Grid dipenderà essenzialmente  dalla modularità del servizio e dalla capacità di integrazione di aspetti in cui quelli elettrici ed energetici (es. interruzioni dell’alimentazione) saranno marginali in quanto dati per scontati ed imprescindibili.
Il servizio aggiunto degli operatori e di fatto la nuova qualità del servizio sarà legato soprattutto ai quei fattori non energetici e legati ad esempio alla “buldingautomation”per i carichi residenziali, alla scelta dei parametri di ottimizzazione dei costi di produzione su fattori energetici con minore impatto ambientale, nell’ambito industriale ed ai servizi più legati alle Smart Community lato pubblico.

Marco Caponigro, Ferruccio Giornelli e Pasquale Motta (DeMEPA), Giacomo Selmi (Energibile), Sergio Levrino (ItAsiaLtd – Hong Kong), Giulio Santagostino

Le Ricerche ed Progetti descritti in questo articolo  sono stati effettuati anche in collaborazione con Riccardo Avigni e Fabio Leopaldi