Smart Grid, il nuovo approccio progettuale della telecomunicazione

Le reti intelligenti si basano su tecnologie già utilizzate nel mondo elettrico, ma aggiungono funzionalità di comunicazione e di controllo che ottimizzano il sistema. I sistemi di telecomunicazioni diventano 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 per il successo di una Smart Grid

< prima parte

Nuovo approccio progettuale
Come già indicato, le Smart Gridrichiedono di trasmettere dati bi-direzionalmente (da e per) su una vasta area geografica tra varie località disperse in cui sono collocati i sistemi di generazione (convenzionali e distribuiti), i sistemi di trasmissione, i sistemi di distribuzione e non ultimi gli utenti finali. In via generale, le  telecomunicazione delle Smart Grid saranno composteda diverse tipologie di rete (es. magliata o strutturata; cavi o  radio frequenza) e molte possibili tecnologie a seconda che si guardi alle reti geografiche (nazionali  o trasnazionali), locali, HMR (Home Area Networks), fino all’interfaccia dei dispositivi (es. Plc)
Allo stesso modo le tecnologie impiegate potranno essere le più diverse a seconda della maggiori o migliori opportunità di utilizzo nei casi specifici.  La rete dati di una Smart Grid attinge al vasto mondo delle telecomunicazioni secondo necessità: cablaggio strutturato (tipico degli edifici), soluzioni radio a breve distanza (di tipo domestico), interfacce cavo/radio tra plc e reti, backbone su cavo o ponti radio (media e lunga distanza), frequenze licenziate o libere, tecnologie su rame, fibra ottica, powerline, etc.
Per le applicazioni intelligenti è richiesto un nuovo approccio progettuale che parta dalla definizione dell’architettura del sistema assegnando particolare importanza all’interoperabilità, scalabilità e flessibilità.
Secondo questo approccio, la rete di telecomunicazione di una Smart Grid è un sistema che può mutare nel tempo, assorbendo e integrando nuove soluzioni, in modo da potersi adattare alle eventuali nuove esigenze che dovessero emergere. Per raggiungere questi risultati, lo sviluppo e l’impiego di standard aperti per l’interfaccia dei vari componenti è una condizione fondamentale per lo sviluppo e il successo delle Smart Grid.
Il ricorso quindi a standard non proprietari, insieme alla definizione di una architettura di sistema modulare ed aperta, è la base su cui costruire delle efficienti Smart Grid e garantire quindi l’interoperabilità dei componenti e dei sistemi collegati.

Nella Tabella qui di seguito sono sintetizzate le tecnologie di telecomunicazione e gli standard utilizzati o in via di utilizzo nelle reti elettriche, Smart Grid incluse.

Protocolli di comunicazione e sviluppo di  sistemi aperti

I protocolli di comunicazione sono quell’insieme di regole e caratteristiche che consentono a due soggetti (i dispositivi) di scambiare informazioni. Se consideriamo l’architettura della rete di comunicazione di una Smart Grid, la scelta di un protocollo condiviso supportato da tutti i dispositivi e sistemi di trasmissione è un fattore determinante nell’assicurare alla piattaforma di gestione la massima efficienza sia in termini passivi(monitoraggio) sia reattivi (generazione di azioni conseguenti), sia proattivi(generazione di azioni in vista di previsioni) rispetto ai vari elementi della rete.
Considerando la maturità del protocollo IP (Internet Protocol) largamente utilizzato sia a livello di trasporto su grande distanza (reti geografiche) sia per l’interoperabilità della maggior parte dei dispositivi di tipo domestico (home network), questo standard di comunicazione sta diventando l’elemento di base dell’infrastruttura della rete dati di una Smart Grid.
In tal senso si muove anche l’industria del settore dell’energia, sviluppando standard aperti intercomunicanti su protocollo IP a garanzia della massima applicabilità del singolo componente o dispositivo nei diversi contesti di utilizzo.Assicurando una solida interoperabilità con la massima parte dei sistemi di gestione e monitoraggio, la stragrande maggioranza dei dispositivi (contatori, attuatori, dispositivi di lettura, sensori,) sta convergendo di fatto sul protocollo IP per garantire la massima apertura  a vari utilizzi.
Infatti il protocollo IP è uno standard di comunicazione ormai sufficientemente solido da garantire caratteristiche adeguate alle necessità  disicurezza, e affidabilità richieste dai dispositivi che devono interagire con una Smart Grid.

Il settore elettrico sta lavorando alla creazione di standard aperti e guida lo sviluppo ed il completamento delle relative norme a livello internazionale che vede Stati Uniti, Europa, ma anche Giappone, Corea ed ultimamente Cina, particolarmente impegnati.
In questa prospettiva occorre guardare sempre di più alleSmart Grid come a un insieme integrato di retie sistemi/sottosistemi elettrici.
In altre parole le Smart Grid sono  delle reti di reti; ciascuna rete comprendente sia il sistema di telecomunicazione che quello  elettrico.

Conclusioni
In questo articolo è stata evidenziata la necessità dello sviluppo e dell’adozione di tecnologie di telecomunicazione interoperabili nell’ambito delle Smart Grid e gli sviluppi in corso sia a livello tecnologico che di sviluppo di standard.
Il protocollo di comunicazione IP emerge come principale candidato per ottenere l’interoperabilità anche in questo contesto.
Ad ogni modo, è da osservare che l’interoperabilità a livello di telecomunicazione è una condizione necessaria, ma non sufficiente alla realizzazione di Smart Grid pienamente integrate ed efficienti.
Tra le criticità più rilevanti che tipicamente caratterizzano l’interoperabilità tra sistemi vi è infatti la definizione di architetture aperte e modulari (soprattutto per quanto riguarda lo sviluppo di Smart Grid basate su reti esistenti), la costruzione di funzionalità adeguate che sfruttino al massimo le performance messe a disposizione dalle nuove tecnologie (soprattutto per quanto riguarda le applicazioni lato end – user e quelle a base delle applicazioni Smart City e Smart Community) e, dal punto di vista informatico della verifica/gestione dell’uniformità dei dati. La necessità di formati condivisi per la rappresentazione dei dati generati all’interno delle Smart Grid costituisce così un’ulteriore sfida all’approntamento di architetture che implementino servizi e funzionalità di gestione integrate.

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”.