Come l'ossigeno, la rete elettrica è essenziale per la vita moderna, ma non è sempre al primo posto delle priorità, almeno fino a quando non si verificano problemi. Oggi, l'invecchiamento delle infrastrutture di rete è messo a dura prova dai gravi eventi meteorologici che affliggono il mondo intero, con conseguenti interruzioni di corrente che minacciano la salute, la sicurezza e le attività economiche. Parallelamente, anche altri fattori intervengono per mettere sotto pressione reti di distribuzione vecchie di un secolo. Il modo in cui viene prodotta l'energia sta cambiando rapidamente: più energia eolica e solare, meno da carbone e combustibili fossili. Questo cambiamento rende necessari nuovi processi e metodi di gestione. Anche il “chi” sta cambiando, nel senso che l’elettricità ormai non è più prodotta solo dalle grandi compagnie energetiche, ma anche da un gran numero di nuovi competitor e dei cosiddetti “prosumer”, ossia consumatori che producono energia.

E a cambiare velocemente non è solo l'ambiente naturale, ma anche il mondo tecnologico, che avanza a ritmo forsennato. Le tecnologie di intelligenza artificiale (AI) connesse al cloud come il machine learning, l'analisi dei dati e l'Internet of Things (IoT) stanno accompagnando l'evoluzione di reti intelligenti in grado di gestire un sistema molto più complesso di generazione e distribuzione dell'energia. Queste tecnologie offrono opportunità significative per coloro che, operando nel complesso ecosistema energetico, si dimostrano in grado di metterle al loro servizio.

Cos'è un prosumer?

Prosumer è un neologismo nato dall'unione delle parole “producer” e “consumer”. Pur rimanendo generalmente collegati alla rete centrale, i prosumer di energia sono anche in grado di produrla e persino immagazzinarla, solitamente tramite i pannelli solari fotovoltaici e le batterie dei veicoli elettrici.

A seconda della quantità di energia generata, questa può essere utilizzata per alleggerire le bollette mensili o rivenduta nella parte eccedente alle imprese di pubblica utilità o ad altri servizi di distribuzione di energia. Questo modello può essere applicato sia ai prosumer residenziali che a quelli commerciali, come dimostra il numero crescente di imprese che collegano alla rete i pannelli solari e le flotte di veicoli elettrici.

Cos'è la smart grid?

La smart grid è una rete che integra la distribuzione di energia e la tecnologia di comunicazione digitale in un flusso bidirezionale di energia elettrica e dati. Ciò consente alle imprese di pubblica utilità di ottimizzare la generazione, la trasmissione e la distribuzione di energia elettrica. I consumatori, dal canto loro, possono trarre vantaggio dalle informazioni che ricevono dai dati, riuscendo a conoscere meglio l'energia che utilizzano e persino quella che producono e immagazzinano attraverso sistemi come i pannelli solari e le batterie dei veicoli elettrici.

Qual è la differenza tra una rete elettrica tradizionale e la smart grid?

La differenza principale tra i sistemi tradizionali e le smart grid risiede nella capacità di queste ultime di scambiare informazioni in entrambi sensi della rete, ossia dalle imprese di pubblica utilità ai consumatori e viceversa. Queste alcune delle principali caratteristiche che contraddistinguono le smart grid:

• Tecnologia: l'AI, il cloud e le tecnologie digitali consentono a tutti i dispositivi e impianti all'interno della rete di comunicare, rendendo così possibile maggior controllo e autoregolazione.
• Distribuzione: l'energia generata dai prosumer e da altre fonti energetiche rinnovabili, come il solare o l'eolico, può essere intermittente e disomogenea. Le tecnologie della smart grid permettono di coordinare, immagazzinare e distribuire energia da tali fonti in un flusso costante e affidabile.
• Generazione: l'analisi predittiva nei sistemi intelligenti permette di prevedere i picchi di forte domanda e di distribuirli verso molteplici impianti e sottostazioni.
• Sensori: i sensori IoT presenti nella rete possono contribuire a rilevare precocemente i rischi, ridistribuendo la potenza in modo da ridurre le interruzioni e bilanciare i carichi senza l'intervento diretto degli operatori.
• Autoriparazione e manutenzione predittiva: i sensori possono essere utilizzati anche per rilevare problemi meccanici o per eseguire semplici riparazioni e interventi di risoluzione dei problemi, avvisando i tecnici solo quando necessario e prima che si verifichino guasti veri e propri.
• Scelta del cliente: sempre nuovi fornitori di energia, cooperative e microgeneratori possono entrare a far parte della rete elettrica, consentendo ai consumatori di avere più scelta nel modo di ricevere energia.

Applicazioni di AI nelle soluzioni energetiche smart: la prospettiva del settore utilities

L'AI è l'“agente intelligente” che manovra le smart grid, valutando l'ambiente e agendo concretamente per massimizzare un determinato obiettivo. L'intelligenza artificiale è fondamentale per l'integrazione delle energie rinnovabili, la stabilizzazione delle reti energetiche e la riduzione dei rischi finanziari associati all'instabilità delle infrastrutture.

Per esempio, le capacità dell'AI di autoapprendimento, adattabilità e calcolo svolgono un ruolo potenzialmente decisivo per far fronte alla natura intermittente dell'energia rinnovabile. Uno squilibrio nei picchi di produzione e consumo, spesso rappresentato attraverso “la curva a papera”, può rendere queste fonti di energia difficilmente controllabili. L'introduzione dell'AI nelle smart grid contribuirà ad affrontare questa problematica riequilibrando le disparità tra i carichi di produzione e di consumo.

Le tecnologie delle smart grid contribuiscono a rendere più trasparenti e competitive le attività del settore delle utilities. Queste alcune delle applicazioni dell'AI e del machine learning nelle smart grid:

• Agilità e resilienza: se viene generata da nuovi partner come cooperative e prosumer, l'energia rinnovabile è spesso intermittente e variabile. Sistemi di sensori e automazione possono allora essere impiegati per individuare le parti vulnerabili della rete elettrica e rispondere con il reindirizzamento automatizzato, immagazzinando l'energia in eccesso durante le fasi di generazione di picco e reindirizzandola durante i cali di flusso.
• Maggiore precisione nelle previsioni: il settore delle utilities deve far fronte a un'ampia variabilità dei prezzi, riconducibile ai cambiamenti sopraggiunti nei consumi. Per prevedere in modo più affidabile i carichi di potenza e la generazione di energia rinnovabile possono essere utilizzati modelli di analisi predittiva. Combinando i dati dell'infrastruttura di misurazione avanzata (AMI) con l'AI, le previsioni risultano più accurate rispetto agli approcci tradizionali.
• Avvisi di interruzione più sofisticati: la rete di sensori, contatori e attuatori della smart grid può generare una breve trasmissione di segnale, il cosiddetto “ultimo respiro”, incluse data e ora, per indicare un calo di potenza dovuto a un'interruzione del servizio totale o parziale. Inoltre, le capacità predittive dell'AI e i dati in tempo reale dei contatori intelligenti possono segnalare agli operatori le interruzioni appena prima che si verifichino. Questi sistemi possono anche distinguere tra interruzioni di servizio singole, stradali e zonali.
• Rendimento di potenza ottimizzato: l'uso delle reti di sensori supportate dall'AI nelle fasi di generazione può anche essere finalizzato all'ottimizzazione della potenza erogata. In modo analogo, la stessa energia solare beneficia degli strumenti di AI per intensificare la produttività prevedendo l'irraggiamento solare.
• Miglioramento della commutazione automatica: la capacità degli strumenti di AI di prevedere gli squilibri della rete elettrica e di distinguere tra una breve interruzione dell'alimentazione e un guasto su vasta scala permetterà presto di automatizzare i protocolli di commutazione. Le imprese di servizi pubblici potranno così reindirizzare l'energia o isolare le aree colpite prima che si verifichino gravi danni o che l'interruzione di servizio si propaghi ad altre zone. Questi strumenti rappresentano una linea di difesa che garantisce la sicurezza delle apparecchiature essenziali utilizzate per isolare e riparare i guasti.
• Gestione più flessibile della domanda (DSM): i picchi di domanda di energia mettono a dura prova le imprese di pubblica utilità. L'utilizzo dell'AI e dei contatori intelligenti nelle abitazioni e negli uffici può concorrere a programmare, pianificare, eseguire e monitorare i cambiamenti nella domanda di energia per far sì che i fornitori possano soddisfarli. Le ricadute sui consumi energetici possono essere rilevanti, come dimostrato negli Stati Uniti dalla Commissione federale di regolamentazione dell’energia, che ha evidenziato come i picchi di carico possono essere ridotti fino a 150 GW attraverso la gestione della domanda. Analogamente, l'istituto di ricerca sull'energia elettrica EPRI (Electric Power Research Institute) ha stimato che entro il 2030 questi strumenti intelligenti potrebbero portare a una riduzione di 175 GW dei picchi energetici estivi.
• Rafforzamento della sicurezza: la cybersecurity è un tema fortemente sentito in tutti i settori economici. E il numero crescente e la complessità delle strategie di attacco informatico pongono un rischio sia per le reti elettriche esistenti che per quelle nuove. Gli strumenti di AI possono contribuire a contrastare questo rischio riconoscendo le caratteristiche delle aggressioni alle reti, del malware e delle intrusioni e proteggendo i sistemi di alimentazione con la sicurezza della rete. Anche altre tecnologie, come la blockchain, possono dare vita a sistemi trasparenti, a prova di manomissione e sicuri che aprono la strada a nuove soluzioni di business, specie se abbinate a contratti smart.

Applicazioni di AI nelle soluzioni energetiche smart: la prospettiva dei consumatori

Da recenti sondaggi condotti nel Regno Unito e negli Stati Uniti emerge un atteggiamento tutt'altro che lusinghiero dei clienti nei confronti delle imprese di pubblica utilità. Con la diffusione dei fornitori e dei prosumer di energia, le aziende del settore utilities dovranno far leva su soluzioni smart per coltivare migliori rapporti con i clienti in termini di engagement e soddisfazione. Riportiamo di seguito alcuni modi in cui le tecnologie delle smart grid possono contribuire a rafforzare la customer satisfaction:

• Costi inferiori: grazie alla gestione delle smart grid supportata dall'AI e ai sistemi di misurazione intelligente, i clienti possono ottenere un accertamento orario dei consumi energetici, riuscendo non solo a vedere quando e dove utilizzano più energia, ma ottenendo anche suggerimenti personalizzati per ottimizzare le normali routine quotidiane in modo da ridurre i consumi negli orari di punta. La stessa tecnologia aiuta inoltre i prosumer a gestire la produzione di energia da riversare in rete per ridurre ulteriormente i costi.
• Maggiore sostenibilità e trasparenza: i dati delle smart grid possono aiutare i clienti a maturare più consapevolezza circa la provenienza della loro energia, aumentando il loro coinvolgimento e contribuendo a democratizzare la rete elettrica. Così facendo possono acquisire nuove prospettive sull'approvvigionamento energetico e sulla possibilità di scegliere opzioni più sostenibili.
• Minori interruzioni di servizio: come accennato, gli strumenti di AI possono contribuire a ridurre il numero di interruzioni e a mitigarne l'impatto sia per i clienti residenziali che commerciali. Ne consegue un rafforzamento della sicurezza e della fiducia per i consumatori, specie in un periodo in cui gli eventi meteorologici e le temperature record alimentano timori di cali di tensione e altri disservizi.

Recentemente, un gestore del sistema di distribuzione del Regno Unito ha annunciato un progetto pilota che prevede l'uso dei dati dei contatori intelligenti per aiutare i consumatori a migliorare la gestione dell'energia, a ottimizzare i carichi sulla rete e a ridurre le emissioni di carbonio. La sperimentazione potrebbe far risparmiare ai clienti milioni di sterline e potenzialmente alleggerire di milioni di tonnellate di emissioni di gas serra l’impronta di carbonio annuale del Regno Unito. E questo è solo un esempio dei potenziali vantaggi delle smart grid per i clienti e per l'ambiente.

Big Data nell'energia: perché sono importanti

Dal punto di vista sia dei clienti che delle aziende del settore utilities, non conta solo la capacità di queste tecnologie di raccogliere e gestire grandi quantità di Big Data di varia natura: altrettanto importante è la possibilità di sfruttare e comprendere tutti questi dati e utilizzarli per ottimizzare l'utilizzo dell'energia e informare le operazioni. I Big Data sono fondamentali in quanto contribuiscono a:

• Migliorare l'integrazione dell'energia rinnovabile e alternativa nelle imprese di pubblica utilità, che imparano a prevedere e gestire l'intermittenza e a bilanciare un'enorme quantità di modeste immissioni di corrente da parte di operatori prosumer.
• Tutelare i consumatori anticipando le interruzioni di servizio e reindirizzando le risorse in una frazione di secondo, anziché attendere che scenda il buio.
• Far risparmiare denaro sia alle aziende che ai consumatori imparando digitalmente dalle attività passate e utilizzando le conoscenze così acquisite per gestire e automatizzare meglio le attività di tutti i giorni.
• Fornire insight rapidi e fruibili che permettono alle utilities di prendere decisioni sicure e veloci in un ambiente sempre più competitivo.

Il settore delle utilities di oggi alla prova della smart grid del futuro

Non vi è dubbio che il futuro dell'energia si stia orientando verso forme di approvvigionamento di corrente più decentralizzate, flessibili e sostenibili. Parliamo tuttavia di un settore economico globale che ha ormai superato il secolo di età ed è spesso costretto a fare affidamento su infrastrutture con altrettanti anni sulle spalle per servire miliardi di persone e le loro richieste in rapida evoluzione.

Altre sfide da affrontare sono i complessi cambiamenti normativi, la crescita dei prosumer e l'emergere di nuove startup nelle regioni deregolamentate. Come in qualsiasi percorso di business e di trasformazione digitale, la transizione a una gestione più intelligente non avviene da subito a ritmi sostenuti, ma parte con piccoli passi misurati. Le tecnologie rivolte alle utilities stanno indubbiamente potenziando e sostenendo l'evoluzione di questo settore. Tuttavia, perché si verifichino progressi significativi, le imprese del comparto dovranno mettere in atto solidi piani di comunicazione, customer engagement e gestione del cambiamento con cui:

• Comunicare una visione della smart grid sulla quale far convergere i team e le parti interessate
• Rafforzare l'educazione dei consumatori attorno ai cambiamenti e alle opportunità future
• Offrire la motivazione del vantaggio generalizzato a consumatori, prosumer e potenziali partner di distribuzione
• Elaborare metriche con cui monitorare i progressi nell'implementazione e nell'efficacia delle smart grid
• Riconoscere la dovuta importanza della customer experience e della fidelizzazione dei clienti, data l'ulteriore concorrenza e decentralizzazione di un mercato energetico smart

Il primo passo del percorso consiste nel comunicare con i team leader e gli specialisti del settore in tutta l'azienda, abbattere le pareti dei compartimenti stagni e sfruttare tutte le informazioni che vengono così alla luce. Dopodiché potrai valutare come implementare le tecnologie intelligenti per far crescere il tuo business.