Micro Grid: tipologie, vantaggi e applicazioni

Le Micro Grid, altrimenti dette Smart Micro Grid, sono sistemi elettrici completi in miniatura che utilizzano appieno le tecnologie dei contatori digitali (Smart Meter) e delle tecnologie Smart (Smart Grid, Smart Community and Smart City). Gli elementi fondamentali da considerare sono: la Generazione elettrica (Energie Rinnovabile e Distribuite, e anche tradizionale); iCarichi (utenze residenziali, commerciali, industriali); Sistemi di Accumulo(seppure non sempre presenti) ed una rete elettrica (prevalentemente in bassa tensione) che collega i vari elementitra di loro e con la Macro Grid di media tensione. Queste reti sono governate localmente e possono funzionare in “isola elettrica” oppure collegate alla Macro Grid. Esistono differenti tipologie di Micro Grid (es. Utility Micro Grid, Applicazioni Industriali e Commerciali, Micro Grid di un piccolo borgo) che possono variare per potenza installata (es. inferiore a 250kW, compresa tra 250 e 1000kW, superiore a 1MW).

È importante notare che le Micro Grid sono progettate per fornire energia elettrica (ma in alcuni casi anche calore e gas) con un qualità ed affidabilità (PQR– PowerQuality&Reability) variabile e diversa da quella fornita oggi dalle Macro Grid pensate per fornire un servizio universale ed omogeneo a tutti gli utenti/consumatori. La PQR delle Micro Grid è invece personalizzabile sulle effettive esigenze del consumatore (residenziale, commerciale ed industriale),  proteggendo i carichi (critici e non) con  una qualità del servizio  strettamente commisurata alle necessità dei consumatori ed alla loro “rischedulabilità”. In questo modo le Micro Grid migliorano l’affidabilità complessiva dei carichi critici, riducendo i costi del sistema nel suo insieme ed in particolare per quelli (non critici e non prioritari) che non richiedono particolari prestazioni.

Dal punto di vista tecnico, scientifico e non ultimo economico e sociale, i vantaggi offerti dalle Micro Grid sono ampiamente confermati dalla letteratura tecnica internazionale e dalle principali ricerche del settore (condotte in ambito EPRI, Berkeley National Laboratory, DoE, Cigre, CIRED, IEEC, TRI e DEMEPA). Questa è la soluzione per la quale si prevede il massimo sviluppo nei prossimi 15 – 20 anni e che a  livello di investimenti globali supererà la soluzione tradizionale “Bulk PowerPlants& Bulk EHV/HV infrastructures” (grandi centrali concentrate, trasmissione ad altissima tenisone e gestione centralizzata. Il nuovo approccio delocalizzato comporta vantaggi non solo per le micro-reti locali, bensì impatti favorevoli sulle macro reti geografiche e conseguentemente sull’intero sistema elettro-energetico globale.

Il grafico sotto indicata sintetizza in maniera qualitativa i vantaggi economici delle ottenibili con forte sviluppo delle soluzione locali e decentralizzate sull’intero sistema energetico (Micro Grid e soluzioni e tecnologie Smart Grid in generale), confrontando due soluzioni prospettiche: opzione 1 (sviluppo del sistema elettrico in continuità con le scelte attuali – controllo centralizzato e grandi infrastrutture) e la opzione 2 (mix di soluzioni centralizzate e decentralizzate e forti investimenti in energie rinnovabili e distribuite).

Dalla figura si evince che i benefici in termini economici possono essere quantificati in circa il 110-120% dei maggiori incrementi che si avrebbero nella Opzione 1 rispetto al caso base permaggiori investimenti in Trasmissione e Distribuzione Elettrica). Interessanti studi effettuati nel frame Smart Cities and Smart Communities indicano poi che le ricadute in termini sociali ed occupazionali sono dello stesso ammontare di questi risparmi.

Applicazioni a livello internazionale ed italiano

Le Micro Grid stanno cavalcando il successo dell’energia solare ed eolica, delle tecnologie delle Smart Grid  e dei nuovi sistemi di automazione e dispacciamento delle reti elettriche. Nel 2010 il  mercato mondiale delle Micro Grid  era di circa  4,2 Miliardi di dollari con una crescita significativa rispetto al 2009. Il mercato prevede che la crescita continui almeno fino al 2020-2025.

L’Italia è  tra i leader mondiali  nel settore delle tecnologie Smart e delle Energie Rinnovabili. In particolare il Paese è al quarto  posto nella classifica mondiale, dopo Cina, Germania e Stati Uniti negli investimenti in energie rinnovabili; è al  primo posto per le applicazione solari sia per quanto riguarda le applicazioni fotovoltaiche classiche che per quelle  di punta CSP (Concentrated Solar Power) e CPV (Concentrated Photo Voltaic); è il paese di riferimento tecnologico e di mercato per le applicazioni Intelligenti (Smart Metering, Teleconduzione di Reti di Distribuzione, Automazione Cabine Secondarie e sviluppi per Smart Grid).

Ma a differenza di altri paesi, l’Italia  non ha ancora visto il fiorire di questo nuovo business. Le applicazioni target per il business delle Micro Grid si riferiscono a  piccoli borghi di circa 1000 – 2000 abitanti (circa il 20 – 25% dei comuni italiani) caratterizzanti da una utenza con circa  200-350 utenti/consumatori, piccoli esercizi commerciali ed industriali, utenze pubbliche (scuole, illuminazione pubblica) e piccola generazione distribuita.

A nostro parere, per quanto esposto sopra è il momento che anche in Italia si avvii il nuovo business delle Smart Micro Gr, partendo dalle regioni con potenzialità già installate di fonte eolica, fotovoltaica e di distribuzione idrica (parliamo di  Basilicata, Sardegna, Puglie e Sicilia). Vi sono così tutti i presupposti tecnici, economici e di competenze sul territorio. Occorre però che le Istituzioni ed il mondo politico siano  parte diligente in questo processo, riducendo i vincoli esistenti di tipo normativo ed incentivando/facilitando le prime installazioni.

1. Riduzione del costo del servizio elettrico rispetto alle soluzioni esistenti, attraverso l’eliminazione/riduzione delle perdite elettriche per la  trasmissione e la  distribuzione, con evidenti vantaggi anche in termini di efficienza energetica e contenimento delle  emissioni;
2. Riduzione dei colli di bottiglia (congestione) sulla rete di Media Tensione e dei relativi investimenti atti a risolvere queste criticità;
3. Riduzione dell’esigenza di nuova generazione concentrata (es. grandi centrali fossili) sulla Macro Grid;
4. Supporto locale alla tensione effettuato dalla Micro Grid, rispondendo  meglio ai rapidi cambiamenti dei  carichi locali;
5. Ottimizzazione raggiunta dai nuovi sistemi di automazione e controllo delle micro reti  (EMS/DMS – Energy & Distribution Management System) che migliorano l’efficienza complessiva del sistema;
6. Riduzione  degli investimenti per il rafforzamento (repowering) delle Macro Grid esistenti Ferruccio Giornelli, DeMEPA; in collaborazione con: Pasquale Motta,  Riccardo Avigni, Fabio Leopaldi  e Roberto Iorio.

Vantaggi delle Macro Grid

1. Riduzione del costo del servizio elettrico rispetto alle soluzioni esistenti, attraverso l’eliminazione/riduzione delle perdite elettriche per la  trasmissione e la  distribuzione, con evidenti vantaggi anche in termini di efficienza energetica e contenimento delle  emissioni;
2. Riduzione dei colli di bottiglia (congestione) sulla rete di Media Tensione e dei relativi investimenti atti a risolvere queste criticità;

riduzione dell’esigenza di nuova generazione concentrata (es. grandi centrali fossili) sulla Macro Grid;
Supporto locale alla tensione effettuato dalla Micro Grid, rispondendo  meglio ai rapidi cambiamenti dei  carichi locali;

• Ottimizzazione raggiunta dai nuovi sistemi di automazione e controllo delle micro reti  (EMS/DMS – Energy & Distribution Management System) che migliorano l’efficienza complessiva del sistema;
• Riduzione  degli investimenti per il rafforzamento (repowering) delle Macro Grid esistenti.

Vantaggi delle Micro Grid

1. Riduzione delle tariffe rispetto alla soluzione Macro Grid attraverso una elevata personalizzazione delle forniture e possibilità di pianificare l’incontro tra domanda ed offerta in funzione dei picchi di produzione/consumo. Questa opportunità è da sommare ai vantaggi già descritti relativamente alla fornitura di energia con PQR ritagliato sulle esigenze del consumatore.
2. Le attività di “operation” gestite localmente sono più facili ed efficienti e  richiedono investimenti contenuti. Infatti:
   • Nessun impatto sulla qualità del servizio nel corso di un “disturbo” in quanto si possono separare e isolare  dalla Macro Grid in  Media Tensione
   • si risincronizzano automaticamente,ricollegandosi alla rete Macro (senza interventi ad hoc).
   • sono interconnesse alla rete MT (Macro Grid) e quando conveniente (dal punto di vista operativo ed economico) possono  acquistare e vendere  energia e servizi accessori.
3. Hanno un favorevole impatto sul territorio sia di tipo ambientale (favoriscono lo sviluppo delle  Energie Rinnovabili), sociale (partecipazione della comunità a definire lo sviluppo del territorio), occupazionale (le attività di gestione e manutenzione vengono svolte localmente,  coinvolgendo nuova occupazione a livello laureato tecnico, periti ed informatici ed operai specializzati) e qualità della vita (maggior disponibilità finanziarie per risolvere criticità locali).