Smart Grids:
Energia e ICT
amBieNte
E
Fabio L. Bellifemine, Claudio Borean, Roberto De Bonis
nergia: come diretta conseguenza della crescente domanda di energia e
dell’assoluta necessità di ridurre gli impatti climatici, si è creata una
convergenza di interessi scientifici, industriali e politici su come le
tecnologie ICT possano abilitare un processo di trasformazione strutturale
di ogni fase del ciclo energetico, dalla generazione fino all’accumulo, al
trasporto, alla distribuzione, alla vendita e, soprattutto, al consumo intelligente di energia.
Questo connubio fra ICT ed Energia viene comunemente identificato con il termine Smart
Grid, o anche Internet of Energy, per enfatizzare l’aspettativa di un cambio di paradigma,
una rivoluzione strutturale e tecnologica verso una rete capillare che trasporta energia,
informazione e controllo, composta da dispositivi e sistemi altamente distribuiti e cooperanti.
Dispositivi che, più che connessi alla rete energetica, diventano parte attiva di un ciclo di
controllo esteso alle grandi centrali di generazione così come ai comportamenti dei singoli
utenti, agli elettrodomestici in casa, alle auto elettriche e ai sistemi di micro-generazione.
La Smart Grid dovrà quindi appoggiarsi su una rete capillare di comunicazione che fornisca
non solo la connettività fra i dispositivi, ma che diventi anche abilitatrice di nuovi servizi
energetici a valore aggiunto. Questo articolo si propone di fornire alcuni spunti di riflessione
sui possibili ruoli di un Operatore tramite una panoramica sul tema delle Smart Grids e su
alcune iniziative di ricerca in Telecom Italia Lab.
Notiziario tecNico telecom italia - anno18 Numerotre2009
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Smart Grids: energia e ict - Fabio l. Bellifemine, claudio Borean, roberto De Bonis
1
Introduzione
Il box sottostante riporta la definizione di Smart
Grid del gruppo di lavoro [1] che, per conto della
Commissione Europea, sta definendo la vision e
la strategia per la rete elettrica del futuro o, per
usare un termine più telco, la Next Generation
Grid. “It is a colossal task, but it is a task that
must be done”, così recita l’incipit di un rapporto
preparato per il Dipartimento Americano per
l’Energia [2].
Per SmartGrid [1] si intende una rete elettrica
in grado di integrare intelligentemente le azioni
di tutti gli utenti connessi – produttori, consumatori, o prosumers – al fine di distribuire
energia in modo efficiente, sostenibile, economicamente vantaggioso, e sicuro. La SmartGrid utilizzerà prodotti e servizi innovativi
assieme a tecnologie intelligenti di monitoraggio, controllo, comunicazione, self-healing al
fine di:
■ facilitare la connessione e l’operatività di
generatori elettrici eterogenei di qualunque
dimensione e tecnologia;
■ fornire ai consumatori strumenti per contribuire ad ottimizzare il funzionamento del
sistema globale;
■ dare ai consumatori maggior informazione
e potere di scelta;
■ ridurre significativamente l’impatto ambientale dell’intero sistema elettrico;
■ aumentare il grado di affidabilità e sicurezza del sistema elettrico.
Ma prima ancora di analizzare i cambiamenti
attesi, è d’obbligo soffermarsi un attimo a riflettere sul perché di questi cambiamenti: è opinione
di chi scrive che tre siano i principali driver del
cambiamento.
1. La necessità di contenere il riscaldamento
climatico riducendo le emissioni di elementi
inquinanti. La lotta al cambiamento climatico
rappresenta una priorità a livello mondiale; già
nel 1997 il protocollo di Kyoto aveva previsto
l’obbligo di operare una riduzione delle emissioni di gas ad effetto serra per impedire in-
16
terferenze pericolose per il sistema climatico.
Fin da subito l’Unione Europea ha assunto un
ruolo di primo piano in questa lotta e, a Dicembre 2008, ha deliberato un accordo sul
cosiddetto “pacchetto clima ed energia 20-2020” , che prevede, entro il 2020, un approccio
su più fronti: la riduzione del 20% delle emissioni di gas serra, l'aumento del 20% dell'efficienza energetica e il raggiungimento della
quota del 20% di fonti di energia alternative.
2. L’impossibilità di soddisfare le previsioni
di crescita dei consumi. In Figura 1 sono riportate le previsioni di consumo fornite nell’ultimo rapporto [3] della EIA (Energy
Information Administration), l’organo ufficiale
di analisi statistiche sull’energia del governo
americano, suddivise fra paesi occidentali
(membri di OECD, Organization for Economic
Cooperation and Development) e non. Gli ultimi dati del 2008 hanno evidenziato il sorpasso nei consumi di energia dei cosiddetti
paesi emergenti e fra il 2008 e il 2030 ci si attende un incremento dei consumi mondiali di
energia di circa il 40%. È opinione diffusa che
la sola introduzione dell’energia rinnovabile
non sarà sufficiente a raggiungere le previsioni di crescita; infatti, secondo lo stesso rapporto, sebbene l’uso di fonti rinnovabili si stia
diffondendo in modo esponenziale, ci si
aspetta che i combustibili fossili forniranno ancora nel 2030 più dello 80% dell’energia. Da
cui l’aspettativa sull’uso delle tecnologie ICT
per aumentare l’efficienza energetica senza
pregiudicare confort e stile di vita.
3. L’introduzione di massa di auto elettriche.
Da molti questa è addirittura considerata la
killer application delle Smart Grids, il principale elemento di discontinuità del sistema
elettrico. Infatti, sebbene sia presumibile che
l’industria delle auto sia pronta all’introduzione
di auto elettriche nel mercato di massa, non è
ancora chiaro se la rete elettrica sia altrettanto
pronta a reggere l’impatto: provate a pensare
quanta energia elettrica aggiuntiva bisognerà
generare per alimentare le auto! È necessario
dislocare sul territorio i punti di ricarica (alias
la rete dei distributori di benzina), prevedere
Notiziario tecNico telecom italia - anno18 Numerotre2009
Smart Grids: energia e ict - Fabio l. Bellifemine, claudio Borean, roberto De Bonis
800
Dati storici
Quad (quadrilion BTU)
700
Proiezioni
non-OECD
600
OECD
500
400
300
200
100
0
1980
1985
1990
1995
2000
2005
Figura 1 - consumo mondiale di energia (dati eia [3])
modalità di ricarica veloce e sicura, attrezzare
le case affinché sia possibile farsi il pieno a
casa propria o – perché no – anche a casa
degli amici, gestire modalità adeguate di tariffazione, realizzare sistemi di incentivazione a
farsi il pieno evitando le ore di picco dei consumi, ecc. Enel ha recentemente pubblicato
uno studio [4] in cui stima che l’adeguamento
dell’intero sistema elettrico italiano all’introduzione delle auto elettriche al 2020 richiederà
un investimento di circa 1 bn € e che i tempi
di ritorno dell’investimento potrebbero essere
superiori ai 10 anni! Non da ultimo, le auto
elettriche hanno un forte impatto sul sistema
elettrico, in quanto sono intrinsecamente un
sistema di accumulo di energia elettrica, energia che si potrebbe utilizzare anche con cosiddetti meccanismi di veichle-to-grid per
rivendere energia elettrica rimettendola in rete
mentre l’auto è parcheggiata (che tipicamente
rappresenta la maggior parte del tempo di vita
di un’auto).
In questo modo l’auto elettrica potrebbe addirittura generare dei vantaggi economici ai proprietari tramite sistemi di controllo intelligente
in grado di acquistare e immagazzinare energia nelle ore notturne, e rivenderla nelle ore
di picco [5].
Contenere l’inquinamento, soddisfare consumi
2010
2015
2020
2025
2030
crescenti, introdurre le auto elettriche, integrare
fonti rinnovabili e micro-generazione distribuita: è
evidente che stimoli al cambiamento di tale natura
richiedano un approccio sistemico per evolvere
verso una nuova generazione di sistema elettrico.
L’aspettativa mondiale è che l’impiego di tecnologie ICT sarà il volano per tale evoluzione in
quanto fornisce il link mancante per la comunicazione fra utilities e utenti finali, così come le tecnologie, le piattaforme informatiche e gli algoritmi
di controllo distribuito necessari ad ottimizzare
l’efficienza di tutti i sistemi coinvolti (grande e
micro generazione, trasporto, distribuzione, vendita, consumo, accumulo). Non da ultimo, la ICT
è vista come l’abilitatore di un nuovo livello applicativo di servizi basati sull’energia: servizi di smart
metering; nuovi schemi tariffari e prepagato dell’energia; portali domestici per la gestione di consumi e generazione; sistemi automatici di
acquisto, accumulo e vendita dell’energia elettrica; sistemi automatici di bilanciamento della domanda e offerta di energia;...
2
Notiziario tecNico telecom italia - anno18 Numerotre2009
Smart Grids
Cosa saranno esattamente le Smart Grids è
ancora difficile dirlo, tuttavia ci si aspetta un’evoluzione sia sul piano della generazione e
17
Smart Grids: energia e ict - Fabio l. Bellifemine, claudio Borean, roberto De Bonis
distribuzione dell’energia elettrica, sia sul piano
del controllo dei sistemi; dovranno diventare reti
smart, attive e autonomiche, in grado di reagire
agli eventi esterni e perseguire obiettivi di efficienza in modo autonomo e in tempo reale.
La rete elettrica di oggi è stata progettata
come una rete sostanzialmente passiva che trasporta l’energia secondo una sola direzione: da
poche grandi centrali di generazione a tanti piccoli punti di consumo presso gli utenti finali. La
nuova rete dovrà fare leva-su, e grande usodelle, fonti rinnovabili e dei sistemi di
micro-generazione. La micro-generazione permette di creare efficienza avvicinando in termini
spaziali la produzione e il consumo di energia e
riducendo le perdite intrinseche del sistema di
distribuzione.
Tuttavia la generazione distribuita si riesce
oggi ad integrare fin che si tratta di quantitativi
modesti, ma una diffusione massiva comporterebbe un degrado importante dell’efficienza e
della qualità dell’energia distribuita. La Smart
Grid dovrà quindi essere ri-progettata per promuovere l’uso diffuso di micro-generazione e
dovrà quindi essere in grado di gestire flussi
energetici bi-direzionali. L’uso di fonti rinnovabili pone anche un problema sul piano del
controllo in quanto: i sistemi di micro-generazione sono privati, in grandi quantità e diversità
di tipologie, e ciò rende difficile un controllo centralizzato da parte del gestore della rete di
distribuzione di energia; la capacità di generazione è molto variabile, dipende dalle condizioni
atmosferiche locali, ed è difficile da prevedere.
Sul piano del controllo, inoltre, la rete elettrica
dovrà assomigliare molto ad una Internet of
Energy, dove ogni dispositivo elettrico e ogni
sistema di micro-generazione sarà connesso in
rete e in grado di comunicare dati e ricevere e
reagire in tempo reale ad eventi e stimoli che
arrivino da altri dispositivi o dalla rete elettrica
stessa: una rete energetica disseminata di sensori, attuatori, nodi di comunicazione, sistemi di
controllo e monitoraggio. Sarà questa la killer
application di IPv6? Ogni casa, ogni utente,
dovrà poter potenzialmente diventare un prosu-
18
mer di energia elettrica, che compra, ma anche
vende energia, in un mercato aperto ai grandi
distributori così come ai piccoli utenti. Il prezzo
dell’energia, sia per chi la consuma sia per chi la
vende, varierà nel tempo e diventerà la principale
variabile in grado di bilanciare la domanda all’offerta di energia elettrica. È presumibile che ogni
utente di questo mercato sarà rappresentato da
un agente software, che agirà in modalità autonoma e proattiva verso la massimizzazione di
obiettivi di profitto di ogni singolo utente. È una
vera e propria rivoluzione rispetto al sistema di
bilanciamento attuale basato su un controllo centralizzato e con reazioni molto spesse affidate
all’intervento dell’operatore umano. Piuttosto diffusi sono scenari di riferimento di price-to-device
dove il costo dell’energia varia dinamicamente
nel tempo: i contatori lo comunicano agli elettrodomestici che si coordinano per reagire ed
adattare di conseguenza il profilo di consumo (ad
esempio ritardando il ciclo di riscaldamento dell’acqua della lavatrice ad un momento in cui
l’energia costi meno).
Il problema del bilanciamento fra domanda e
offerta di energia (cosiddetto demandresponse) è ben schematizzato dalla figura 2
dove è mostrato il tipico profilo di carico, ossia la
potenza richiesta nell’arco della giornata: il dover
garantire elettricità nel periodo di picco richiede
dimensionare centrali elettriche che verranno utilizzate solo in quei periodi della giornata; riuscire
a ridurre i consumi di picco, appiattire la curva di
carico e ad avere, teoricamente, un profilo
costante nel tempo, genererebbe vantaggi economici e di gestione altissimi! Questo concetto è
alla base di molte iniziative internazionali (ad
esempio Demand Response and Smart Grid
Coalition) che puntano ad abilitare sistemi di
incentivazione alla riduzione dei picchi di consumo tramite schemi di tariffazione dinamica
multi-oraria, schemi che ricalcano l’andamento
del mercato dell’energia con l’obiettivo di spostare i consumi dalla zona di picco della curva
alle zone di valle. Infatti anche il costo dell’energia segue le normali leggi economiche e, quando
la domanda è alta, il prezzo dell’energia
Notiziario tecNico telecom italia - anno18 Numerotre2009
Smart Grids: energia e ict - Fabio l. Bellifemine, claudio Borean, roberto De Bonis
Curva di carico tipica
Potenza
Riduzione di picchi di consumo
spostandoli nelle ore notturne
00:00
Valore medio
09:00
Ore della giornata
18:00
24:00
Figura 2 - Profilo di carico giornaliero tipico per i consumi di elettricita’
aumenta: l’andamento del prezzo dell’energia
alla borsa anglo-olandese APX ha una dinamicità
nell’anno [6] che arriva anche a fattori 1:50000,
mentre le tipiche variazioni del prezzo ribaltate al
consumatore difficilmente superano un fattore
1:2; ci sono anche momenti in cui l’energia ha un
prezzo negativo [7], ossia momenti in cui i produttori pagano per immettere elettricità in rete e,
potendo ribaltare ciò ai consumatori, essi potrebbero addirittura essere ricompensati per
consumare energia elettrica in questi periodi!
Uno studio [8] del 2007 relativo agli Stati Uniti
riporta che una riduzione del picco del 5% (senza
cambiare il totale dei consumi) genererebbe dei
risparmi economici di 3 miliardi di dollari permettendo di eliminare ben 625 centrali elettriche e
relative infrastrutture.
Un’infrastruttura di demand-response non solo
abiliterebbe nuovi schemi di tariffazione, incluso
il pre-pagato, ma anche abiliterebbe un sistema
di self-healing e self-control: in momenti di
sovraccarico, la rete potrebbe richiedere a dispositivi elettrici meno prioritari di spegnersi,
evitando un black-out o uno stacco totale di energia ad un appartamento, ad esempio spegnendo
il solo condizionatore o ritardando il ciclo di
Notiziario tecNico telecom italia - anno18 Numerotre2009
accensione degli elettrodomestici.
Se da un lato si richiede alle Smart Grids di
generare meccanismi incentivanti di partecipazione degli utenti, dall’altro è doveroso ricordare
che l’introduzione di tecnologie ICT dovrà anche
saper indirizzare le persone e i loro modelli di
consumo verso comportamenti e stili di vita ecosostenibili nel lungo periodo. In Finlandia è
bastato fornire agli utenti domestici dati in tempo
reale sui propri consumi per ottenere un risparmio energetico del 7% e si stima [9] che il
risparmio energetico potrebbe arrivare fino al
10%. Le Smart Grids dovranno quindi essere in
grado di fornire ai clienti finali informazioni in
tempo reale e permettere di identificare, quantificare e ricompensare le scelte e i comportamenti
ecoefficienti.
Quando si parla di Smart Grid non si può trascurare il problema della sicurezza, intesa come
sicurezza informatica. L’introduzione di tecnologie ICT, controllo distribuito, comunicazione
bi-direzionale fra i dispositivi in rete, rappresenta
un punto di vulnerabilità della Smart Grid. Questo
è un tema di forte attenzione che viene studiato
di pari passo ad ogni evoluzione del sistema
energetico.
19
Smart Grids: energia e ict - Fabio l. Bellifemine, claudio Borean, roberto De Bonis
Standard & Business: uno sguardo sul mondo
Lo sviluppo di reti intelligenti di distribuzione dell’energia elettrica sta diventando una priorità di politica
energetica in molti paesi. Negli Stati Uniti le Smart Grid sono un punto centrale del programma del presidente Barack Obama: nel febbraio 2009 ha approvato lo “Stimulus Plan”, un piano da 787 miliardi di
dollari per risanare l’economia dalla crisi e reinvestire in vari settori dei servizi, tra cui la rete energetica
intelligente. In particolare, il capitolo energetico vale 49.7 miliardi di dollari di cui 11 miliardi di investimenti destinati, come dice lo stesso Obama, “to jump start the transformation to a bigger, better, smarter grid” [16].
Gli analisti statunitensi prevedono [17] che gli erogatori di energia dovranno aggiungere un aggregato
di circa 40 GW di energia pulita entro il 2030 e, per fornire tutta questa energia ai propri clienti, dovranno
attuare un investimento complessivo di più di 2 trilioni di dollari in reti di trasmissione e distribuzione.
Tutto ciò solo per l’energia pulita addizionale, serviranno anche investimenti in software, hardware e
reti wireless per consentire l’alimentazione della rete intelligente Smart Grid in modo da gestire tutte le
capacità supplementari.
Ovviamente un fenomeno di questa portata economica e territoriale richiede una precisa standardizzazione di tutte le parti coinvolte. Il National Institute for Standards and Technology (NIST) e lo IEEE
stanno lavorando al progetto P2030 Smart Grid Interoperability Standard [18], ossia allo sviluppo di una
mappa degli standard necessari alle Smart Grids, mentre la Federal Communications Commission (FCC)
si occuperà di mettere a punto le regole di accesso alle reti broadband e allo spettro radio da allocare per
queste applicazioni. In Figura A è riportata l’attuale mappa degli standard proposti da NIST, dove è evidenziato lo standard ZigBee, una tecnologia wireless emergente rappresentata dalla ZigBee Alliance alla
Figura a - Standard candidati dal NiSt per Smart Grid [18]
ANSE C12.19/IEEE 1377/MC1219
IEC 60870-6 TAS
TAS E.2
DNP3
IEEE C37.1
18
C37.118
NIST Security Standards
FIPS 140-1, NIST SP800-53,
NIST SP800-82, ect.
IEEE 802 family
IETF Internet Standards –
TCP/IP,
TCP/IP, VPNs, TLS, SNMP,
SNMP, etc
EIC 61968/61970 (CIM)
MUL
TISPEAK
MULTISPEAK
STANDARD CANDIDATI
DAL NIST PER
SMART GRID (USA)
IEEE 1547
20
IEC P
PAS
AS 62559
IEC 62351
BACNET-ASHRAE/ANSI 135,
BACNET-ASHRAE/ANSI
ISO 16484-5
HomePlug/ZigBee Alliance
Smart Energy Profile
Utility AMI 2008 HAN Systems
Requirements Specification
IEC 61850
NERC CIP 002-009
Utility AMI 2008 UtiliSec/AMISEC Specification
Notiziario tecNico telecom italia - anno18 Numerotre2009
>
Smart Grids: energia e ict - Fabio l. Bellifemine, claudio Borean, roberto De Bonis
> quale Telecom Italia aderisce e contribuisce attivamente. Altra attività correlata, in ambito europeo, che
vede Telecom Italia impegnata è quella relativa alla standardizzazione in ambito ETSI della M2M, ossia
la comunicazione intelligente di dati tra dispositivi wireless.
Uno degli annunci del 2009 più rilevanti nel contesto SmartGrids è stato l’ingresso in campo di Microsoft
e Google. Microsoft ha annunciato lo strumento di gestione energetica Hohm (contrazione di "home"
e "Ohm"), per i consumatori, appoggiandosi sulla piattaforma di cloud computing Azure. Google ha invece lanciato Google Power Meter, un servizio che permette di visualizzare i consumi acquisiti dal contatore elettrico nella propria homepage iGoogle e che permette di analizzare i propri consumi e
confrontarli con quelli degli altri. Google ha annunciato che intende rendere Open Source la piattaforma
PowerMeter e aprire le API per sviluppo di applicazioni da parte di terze parti. Onde aggirare l’accordo
necessario per acquisire i dati dalle utilities, Google ha contestualmente anche lanciato il prodotto TED
5000, un contatore non fiscale da installare in casa che remotizza i dati sulla piattaforma Google e visualizza su un display in tempo reale il dettaglio dei consumi elettrici. Rimanendo tra le big company,
anche IBM e Cisco si sono attivati. IBM propone un variegato set di software per rendere la rete più intelligente, fornendo servizi di pubblica utilità e “più intelligenza” alla rete elettrica; recentemente ha
creato l’Intelligent Utility Network Coalition [19], che comprende un gruppo di servizi di pubblica utilità
interessati a portare il computing alla rete elettrica. Cisco sta partecipando in alcuni progetti pilota americani di smart metering fornendo la parte di networking; ovviamente sta investendo in questo settore
con una strategia basata sull’introduzione del protocollo IP tramite iniziative in IETF e, al proposito, ha
fondato la IPSO Alliance (IP for Smart Objects).
Quest'onda di innovazione energetica, accompagnata da prospettive di business vertiginosi, si sta propagando nel mondo investendo anche l’Europa. Il progetto ”European Smart Grids Technology Platform”
[20] della Commissione Europea ritiene che siano necessari investimenti per €750 miliardi nei prossimi
trent’anni, di cui €100 miliardi nella Trasmissione, €300 miliardi nella Distribuzione e €350 miliardi
nella Generazione. Vi partecipano i principali attori del panorama energetico europeo, tra i quali: Areva,
Abb, E Control, Edf, Enel, Eon, Iberdrola, Sap, Siemens, Ziv. Anche Telecom Italia è attiva in questa
Technology Platform, in particolare nel WG3 “Demand & Metering”. I principali obiettivi di questa
vision comunitaria sono di rendere i consumatori parti attive nel processo di fornitura dell'energia e di
promuovere la diffusione delle fonti di energia rinnovabile e la generazione distribuita.
Come per gli Stati Uniti, anche in Europa le grosse aziende sono scese in campo. Philips e Schneider
Electric hanno lanciato una nuova visione per l’interoperabilità nell’home e building automation con
una soluzione basata su reti ZigBee, che consentirà una migliore gestione energetica nelle abitazioni e
negli edifici nel prossimo futuro (HOMES). Energy Optimizers Limited (EOL) ha sviluppato un plugin, basato sulla tecnologia ZigBee, per la misura dei consumi elettrici (Plogg), mentre BT si sta attivando
per implementare un sistema di gestione del risparmio energetico per edifici residenziali tramite lo home
gateway Thompson. Siemens ha comunicato che si attende ordini di reti elettriche intelligenti (smart
grid) per oltre 6 miliardi di euro entro il 2014.
Da questo humus tecnologico europeo emergono iniziative importanti quali “Alpenergy” [21], un progetto
comune per le reti elettriche della zona alpina. I sei paesi che hanno aderito (Germania, Svizzera, Francia,
Italia, Slovenia e Austria) si sono per ora concentrati sullo sviluppo di un modello di rete intelligente da
applicare a livello locale, in grado di accogliere in modo ottimale sulla rete di distribuzione (media/bassa
tensione) gli apporti che vengono dal fotovoltaico, dal mini idroelettrico, dagli impianti alimentati a biogas e biomasse e, in futuro, dal mini eolico. I partner si stanno impegnando per sviluppare un “virtual
>
Notiziario tecNico telecom italia - anno18 Numerotre2009
21
Smart Grids: energia e ict - Fabio l. Bellifemine, claudio Borean, roberto De Bonis
>
3
Smart Grids e Telecom Italia
power system” che, integrando reti elettriche
e reti di comunicazione con il decisivo apporto
dell’ICT, sia in grado di combinare il carico e
la produzione di energia nelle diverse realtà
coinvolte. Per l’Italia, in concreto, la prima
fase di sperimentazione del nuovo sistema è
prevista entro il 2010 nella provincia di Mantova, caratterizzata da una buona presenza di
fotovoltaico e da impianti di biogas, alimentati
con gli scarti provenienti dall’agricoltura e
dagli allevamenti zootecnici della zona. Dopo
Mantova, sono previsti altri due impianti sperimentali a Belluno e in Val d’Aosta. Contestualmente, il Piano Energetico Ambientale
della Regione Sicilia (PEARS) [22], già approvato e pubblicato a fine marzo 2009, prevede
la realizzazione di una smart grid per distribuire l’energia autoprodotta dagli impianti fotovoltaici ed eolici di piccole dimensioni.
Cittadini ed aziende che produrranno energia
integrando nei propri immobili tecnologie solari ed eoliche potranno cedere le eccedenze
alla rete, facendo svolgere ai contatori la stessa
funzione che nella telematica svolgono i router.
Infine sono allo studio le Super Smart Grid
[23], ossia architetture per la connessione di
Smart Grid appartenenti a diversi continenti.
L’asse costituente una prima Super Smart Grid
è quello proposto dal ministro dell’Ambiente
tedesco, che interessa il collegamento tra Germania, Italia e Tunisia. Un secondo asse avviato nell’est europeo da GRTN-Terna
contempla il collegamento, tramite cavi sottomarini, tra i Balcani (Croazia e Albania) e la
Tunisia. Con quest’ultima si stanno inoltre sviluppando dei progetti di collaborazione bilaterale per la costruzione di nuove centrali solari.
È un mercato dalle potenzialità enormi: solo il
Nord d’Africa ha una potenzialità eolico e solare di circa 400.000 TW all’anno.
[email protected]
22
La rete di comunicazione necessaria a realizzare le Smart Grids si può rappresentare suddivisa, come mostrato in Figura 3, in 4 segmenti.
1. La rete domestica (o Home Area Network),
che interconnette i meter delle utilities energetiche (contatori di elettricità, gas, acqua, calore) con i sistemi locali di monitoraggio e
controllo, quali gli impianti di micro-generazione e accumulo di energia, le auto elettriche, la sensoristica domestica, i termostati, i
termosifoni, le caldaie, gli elettrodomestici e,
in generale, tutti gli apparati che contribuiscono a generare, consumare, monitorare e
controllare l’energia in casa.
2. La rete di quartiere (o Neighborhood Area
Network), che interconnette i meter di un
quartiere e consente di gestire il bilancio energetico a livello aggregato.
3. La rete metropolitana (o Wide Area Network),
che convoglia i dati alle utilities e che include
tutte le piattaforme di gestione sia di tipo energetico sia di tipo ICT.
4. La rete Inter-Grid che, infine, permette la comunicazione fra Smart Grid di paesi diversi al
fine di gestire dinamicamente accordi di bilancio energetico.
I principali argomenti di discussione sono al
momento le prime due reti e le tecnologie di comunicazione e i protocolli di cooperazione e controllo distribuito necessari.
La necessità di rendere disponibili in tempo
reale i profili di consumo/micro-generazione, sia
agli utenti sia ai gestori, richiede l’introduzione di
smart meters connessi ad una rete di comunicazione broadband e in grado di gestire un flusso
di monitoraggio e controllo bi-direzionale, requisito mal soddisfatto dalle tecnologie di Power
Line Communication (PLC). Per Telecom Italia lo
sviluppo di una rete di Smart Metering potrebbe
rappresentare l’opportunità per estendere la rete
di comunicazione con una rete capillare che, in
primis, fornisca il servizio di metering alle utilities,
in secondo luogo possa essere l’abilitatore di
nuovi servizi a valore aggiunto.
Notiziario tecNico telecom italia - anno18 Numerotre2009
Smart Grids: energia e ict - Fabio l. Bellifemine, claudio Borean, roberto De Bonis
Figura 3 - i 4 segmenti di una rete di comunicazione
per la Smart Grid
Ad oggi, uno dei punti più controversi nella definizione delle architetture riguarda quale debba
essere l’elemento architetturale che renda possibile la concentrazione dei dati di lettura relativi
alle varie utenze e che, di conseguenza, si candidi a rappresentare il gateway energetico domestico. Il gateway broadband always-on è un buon
candidato per questo ruolo, ma, come discusso
nel seguito, è in forte competizione con i meter
delle utilities che, parimenti, potrebbero puntare
a svolgere lo stesso ruolo.
La Smart Grid rappresenta anche un’opportunità per l’ingresso nel mercato dell’energia di
nuovi servizi a valore aggiunto basati su tariffe dinamiche e flessibili o sul controllo dei sistemi
energetici domestici o industriali.
Il progetto Wireless Sensor Networks di Telecom Italia Lab ha impostato una serie di iniziative
rivolte a identificare e valorizzare gli asset aziendali nel contesto delle Smart Grid sia tramite collaborazioni interne con altre funzioni aziendali
(rispettivamente Top Clients per quanto riguarda
il metering e Home Network Innovation per
quanto riguarda il contesto domestico), sia tramite collaborazioni industriali adatte a creare un
eco-sistema dell’energia.
3.1
Notiziario tecNico telecom italia - anno18 Numerotre2009
Smart Metering
La conoscenza dei profili di consumo in tempo
reale consente a chi gestisce le reti energetiche
di realizzare meccanismi di maggiore dinamicità,
flessibilità, decentralizzazione e interattività nella
gestione delle reti stesse; inoltre permette a chi
utilizza l’energia una maggiore consapevolezza
di quanto si sta consumando.
Questo tipo di scenari evolutivi ha come presupposto fondamentale la capacità di rendere disponibili in tempo reale i consumi legati alle varie
utenze (elettricità, gas, acqua, calore), sia agli utilizzatori sia ai gestori delle reti energetiche, per
cui i contatori di nuova generazione devono essere in grado di trasmettere a distanza queste informazioni. Questa modalità di rilevamento e
gestione dei consumi va sotto il nome di Smart
Metering.
I governi, attraverso le autorità energetiche nazionali, stanno richiedendo alle utilities di realizzare lo Smart Metering. Per quanto riguarda
l’Italia, a Ottobre 2008 la delibera 155/08 [10]
dell’Authority per l’energia ha reso obbligatori
meccanismi di telelettura e telegestione per i con-
23
Smart Grids: energia e ict - Fabio l. Bellifemine, claudio Borean, roberto De Bonis
tatori del gas, mentre a Marzo 2009 la commissione europea ha dato mandato [11] a CEN, CENELEC ed ETSI di sviluppare gli standard
necessari alla realizzazione di un’architettura
aperta di sistemi di Smart Metering interoperabili.
È evidente come questi presupposti stiano portando ad un cambiamento epocale nei servizi legati all’energia e di conseguenza ad un’enorme
possibilità per le aziende che possono avere un
ruolo attivo nella catena del valore di questa tipologia di servizi. Contestualmente, si stanno
ipotizzando una serie di scenari con servizi a valore aggiunto che possano avvantaggiarsi delle
infrastrutture di Smart Metering.
3.1.1
Architetture di Smart Metering
L’architettura semplificata di un sistema di
Smart Metering è rappresentata in Figura 4.
Figura 4 - architettura di Smart metering
24
Il meter intelligente è dotato di interfaccia bi-direzionale di comunicazione e trasmette i dati di
lettura verso un sistema che li memorizza e li
rende disponibili ai sistemi di back-office dei Distribution System Operators (DSO). La connessione in Home Area Network (HAN) tra i
dispositivi domestici e lo smart meter (o tra lo
smart meter ed un metering gateway che svolge
funzioni di sola comunicazione) avviene su protocolli ad onde convogliate (PLC), oppure su protocolli in radio frequenza (RF) low power (ad
esempio ZigBee). La comunicazione dei dati di
lettura verso il sistema di raccolta dati può avvenire direttamente con protocolli WAN (Wide Area
Network) tipicamente GPRS o xDSL, oppure, nel
caso si faccia ricorso ad uno stadio di concentrazione dati, ancora mediante PLC e RF Low
Power. I concentratori dati comunicano verso il
centro raccolta con protocolli WAN.
Uno degli aspetti più controversi e dibattuti sui
vari tavoli che definiscono le architetture di Smart
Metering riguarda la tecnologia RF low power da
adottare.
Notiziario tecNico telecom italia - anno18 Numerotre2009
Smart Grids: energia e ict - Fabio l. Bellifemine, claudio Borean, roberto De Bonis
Per quanto concerne la comunicazione in area
HAN esistono vari protocolli che presentano una
certa maturità e affidabilità. In particolare, ZigBee
si sta affermando come leader di mercato per le
applicazioni nell’ambito domestico legate all’home automation e alla gestione dell’energia. Ha
una certa rilevanza anche lo standard Wireless
M-Bus basato sulla famiglia di standard europei
EN13757, che è nato specificamente per la comunicazione di dati legati al metering ed è
un’estensione wireless dello standard M-Bus,
standard ampiamente consolidato.
Per quanto riguarda la comunicazione tra lo
smart meter e il concentratore dati (ambito
NAN), laddove non si possa far ricorso ai protocolli PLC (come nel caso del gas metering), non
esistono ad oggi standard RF già accettati dal
mercato e in grado di soddisfare i requisiti attesi:
elevato range di copertura, bassi consumi, costi
contenuti, sistema aperto e offerto in condizioni
non discriminatorie (FRAND). Esistono numerose tecnologie standard (in particolare ZigBee e
Wireless M-Bus) e numerose proprietarie (es.
Wavenis di Coronis), ma uno dei fattori principali
di controversia riguarda le frequenze di trasmissione da adottare per la comunicazione tra smart
meter e concentratore. Le varie soluzioni ad oggi
sul mercato spaziano dai 169 MHz, ai 433MHz,
agli 868MHz ai 2,45GHz. Sebbene sia noto che
frequenze inferiori permettono maggiore copertura radio, i protocolli a 2,45 GHz sono molto interessanti, in quanto si avvalgono di un maggior
numero di canali e di architetture mesh che permettono percorsi alternativi e sfruttano il multihop. Altri fattori da tener presenti sono gli
interferenti nelle varie bande di frequenza, il numero di canali disponibili e le potenze utilizzabili.
Tutte le tecnologie attualmente disponibili operano in bande di frequenza ISM non licenziate e
utilizzate da diverse altre tecnologie (es. WiFi),
sono in atto, però, azioni che puntano a riservare
per lo smart metering opportune bande di frequenza (ad esempio ETSI ha riservato la frequenza a 169MHz [12]), ma al momento non
esistono soluzioni standard che adottino queste
nuove frequenze e che abbiano definito i livelli
Notiziario tecNico telecom italia - anno18 Numerotre2009
superiori della pila protocollare. È anche presumibile che in Italia, considerando le differenti tipologie abitative e posizioni dei contatori del gas,
non si riuscirà a selezionare un’unica tecnologia
radio che possa offrire le migliori prestazioni per
tutti i differenti contesti.
Un altro punto cruciale nella definizione delle
architetture in discussione riguarda quale debba
essere l’elemento che rende possibile la concentrazione dei dati di lettura relativi alle varie utenze
(elettricità, gas, acqua, calore) e li trasmetta
verso la rete di telelettura e verso un dispositivo
di visualizzazione interno alla casa. Esistono al
momento varie possibilità per l’elemento che in
figura 4 è indicato come HAN 2 LAN Gateway.
La prima possibilità riguarda l’utilizzo del contatore elettrico, avendo quest’ultimo il notevole
vantaggio di poter disporre in modo costante e
non interrompibile di una fonte di alimentazione.
Questa soluzione è stata ad esempio adottata in
Olanda e prevede che il contatore elettrico funga
da concentratore dei dati di lettura anche delle
altre utenze (es. gas e acqua); questo approccio
crea però una situazione di squilibrio laddove le
aziende di distribuzione di elettricità e gas non
coincidano o, come in Italia, siano anche concorrenti, in quanto ad esempio il distributore del gas
si trova a dover dipendere per la telelettura da dispositivi e reti appartenenti ad un distributore di
energia elettrica.
Al fine di ovviare a ciò, in altri paesi (ad
esempio in Germania) si è pensato ad un dispositivo che svolga esclusivamente ed appositamente
il ruolo di concentratore delle utenze domestiche
(in figura 4 indicato come Multi Utility Gateway)
e funga anche da dispositivo di comunicazione
verso la rete di tele lettura, utilizzando sia la tecnologia PLC, sia la tecnologia RF. Questo approccio risolve l’asimmetricità tra i distributori di
energia, ma al tempo stesso crea il problema organizzativo di definire a chi appartiene questo
oggetto, chi ha l’onere di alimentarlo e tenerlo
sempre alimentato e di come gestire i rapporti
con le varie utilities che lo utilizzano. Questo approccio è coerente con l’idea di un ruolo di
Metering Service Provider, ruolo che non neces-
25
Smart Grids: energia e ict - Fabio l. Bellifemine, claudio Borean, roberto De Bonis
sariamente coincide con un distributore di energia
bensì agisce da responsabile del servizio di
misura dei consumi energetici.
In paesi in cui il servizio di Smart Metering non
viene disegnato da zero, ma ci si trova già di
fronte a reti di metering parzialmente realizzate
(ad esempio in Italia la rete di telelettura in
campo elettrico), il contatore del gas potrebbe essere direttamente l’elemento che comunica a distanza i dati di lettura. In questa situazione
(indicata nella parte bassa della figura 4, in cui lo
Smart Gas Meter funge da HAN 2 LAN gateway),
la rete di Smart Metering del gas si presenta
come una rete parallela a quella di telelettura
dell’elettricità. Questo approccio, che non risulta
ottimizzato e non realizza sinergia, va comunque
previsto, in quanto in alcuni contesti risulta difficile ipotizzare che il contatore del gas venga incluso in un insieme di oggetti a livello di Home
Area Network di un singolo utente.
A prescindere da quale sia l’elemento che
funge da concentratore domestico e da gateway
verso la rete LAN, si può rendere necessario, per
ottimizzare la rete di tele lettura nel caso in cui si
utilizzino protocolli low power RF, creare un livello
di concentrazione che raccolga più utenze e trasmetta i dati periodicamente verso i sistemi di gestione remoti. Questi concentratori in area LAN
per le PLC sfruttano le stazioni di trasformazione
della rete elettrica e per le altre tipologie necessitano di spazi opportuni che consentano di ottenere il maggior grado di concentrazione possibile
oppure di creare reti mesh allo stesso scopo; in
questo caso tipicamente vengono sfruttati spazi
quali i tetti delle abitazioni, i lampioni o, perché
no, proprio gli asset della rete telefonica!
3.1.2
Lo Smart Metering del gas in Italia e
il ruolo di Telecom Italia
In Italia la delibera 155/08 dell’Authority dell’energia [10] ha reso obbligatoria la telelettura
per i contatori ad uso domestico a partire dal
2012, fino a coprire l’80% dei contatori istallati
entro il 2016, mentre per i contatori di calibro
maggiore destinati alle imprese e agli impianti in-
26
dustriali, tale obbligo scatta già dal 2010. A questo scopo è stato creato un gruppo di lavoro del
CIG (Comitato Italiano Gas), a cui Telecom Italia
contribuisce attivamente per definire l’architettura del sistema di teleletura e telegestione.
Nel campo elettrico, l’Enel in Italia è stata un
pre-cursore e ha sostituito praticamente in modo
completo il proprio parco di contatori elettrici con
sistemi che possono essere teleletti e telegestiti.
Questo crea una situazione in cui diventa difficile
e poco efficiente la realizzazione di concentratori
multi-utility per singolo utente, a causa della tipologia istallativa dei diversi contatori presenti in Italia dove tipicamente il contatore elettrico è in
cantina, il contatore del gas sul balcone e quello
dell’acqua in bagno o per strada!
In ambito CIG si sta definendo una rete coerente con l’architettura riportata in figura 4 dove
l’elemento Smart Gas Meter comunica i dati di
lettura verso la rete a monte, in particolare verso
i concentratori dati (nel caso tipico di contesti urbani), ed eventualmente direttamente verso il
centro di gestione con protocolli WAN nel caso di
contesti rurali isolati oppure in aree commerciali
e industriali. Anche in questo caso il tema maggiormente dibattuto riguarda il protocollo RF da
utilizzare per la comunicazione tra gas meter e
concentratore dati; è stata effettuata una valutazione teorica comparativa tra quattro protocolli
che sembrano offrire maggiori garanzie (ZigBee
nelle due versioni a 868MHz e a 2,45GHz, Wireless M-Bus e Wavenis). La valutazione non ha
evidenziato differenze così significative da consentire una scelta definitiva ed è stato stabilito
che occorrerà una valutazione in campo delle differenti soluzioni al fine di avere maggiori elementi
utili alla scelta del protocollo.
Per Telecom Italia questa potrebbe essere
un’opportunità per non proporsi come mero fornitore di connettività, ma avere un ruolo più strategico nella catena del valore come fornitore del
servizio di Smart Metering, sfruttando asset
aziendali quali:
• le infrastrutture fisiche sul territorio: abbiamo
circa 150.000 armadi stradali di distribuzione,
8 milioni di distributori collocati normalmente
nei locali cantina dei condomini, migliaia di
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Smart Grids: energia e ict - Fabio l. Bellifemine, claudio Borean, roberto De Bonis
•
•
•
edifici che ospitano centrali e altri apparati,
decine di migliaia di stazioni radio base e di
punti di telefonia pubblica;
le piattaforme di rete nel ruolo di Central Access Data Server;
le competenze di pianificazione e gestione di
rete (si noti che a tutti gli effetti si tratta di realizzare una rete wireless capillare);
le competenze di protocolli e tecnologie RF
Low Power quali ZigBee.
Inoltre, la rete dispiegata per il metering potrebbe essere utilizzata per offrire altri servizi (ad
esempio alle pubbliche amministrazioni) in una
logica di Digital City (monitoraggio inquinamento,
anti-incendio, illuminazione) e in questo modo
sarebbe possibile ammortare in tempi più rapidi
gli investimenti infrastrutturali.
In altri contesti geografici, Gas Natural in Spagna e Goteborg Energi in Svezia hanno cominciato il deployment di reti di smart metering
basate sulla tecnologia ZigBee e hanno cominciato ad offrire e vendere servizi anche ad altre
utilities e a terze parti (es. Amministrazioni locali,
amministratori di condominio), delineando scenari in cui le utilities cominciano a profilarsi come
ulteriori concorrenti per gli operatori di telecomunicazioni.
Telecom Italia ha avviato lo studio e la progettazione di una soluzione di smart metering coerente con le specifiche in via di definizione presso
il CIG e ha già impostato dei contatti con utilities
del gas italiane per effettuare delle sperimentazioni in campo.
3.2
Energy@Home
Dal punto di vista tecnologico i servizi di monitoraggio energetico in ambito domestico possono
essere realizzati mediante l’utilizzo di piattaforme
di servizio su rete Internet che, tramite opportuni
gateway domestici, siano in grado di comunicare
con gli oggetti dell’ambiente domestico, utilizzando tecnologie wireless di prossimità (ZigBee)
o mediante tecnologie Power Line Communica-
Notiziario tecNico telecom italia - anno18 Numerotre2009
tion (PLC), che utilizzano la rete elettrica stessa
come mezzo trasmissivo. Una soluzione ottimale
per il monitoraggio energetico prevederà l’utilizzo
congiunto di tecnologia wireless e PLC; a questo
proposito ZigBee Alliance ha avviato un gruppo
di lavoro congiunto con Home Plug Alliance [13]
al fine di condividere lo stesso modello dati nelle
due tecnologie di comunicazione.
La sperimentazione Energy@Home [14] di Telecom Italia è un prototipo di una soluzione di
monitoraggio energetico domestico. Il sistema,
sviluppato in collaborazione tra le funzioni Home
Network Innovation e Research Projects, utilizza
dispositivi ZigBee, denominati prese intelligenti
o Smart Plugs, che permettono di monitorare i
consumi energetici dei carichi attestati e di comandare da remoto l’alimentazione dei dispositivi
elettrici connessi alle prese.
Le informazioni relative ai consumi sono trasmesse ad una piattaforma centrale di servizio,
denominata Wireless Sensor Network Center
(WSNC), attraverso l’Access Gateway Telecom
Italia con un plug-in software e hardware per
abilitarlo alla comunicazione ZigBee. Le informazioni raccolte possono essere anche utilizzate
direttamente da terminali domestici o da dispositivi
quali i-Phone per comandare direttamente le
prese, eliminando i consumi in stand-by o razionalizzandone l’utilizzo (ad esempio inibendone il
funzionamento nelle ore notturne). Il sistema sviluppato permette di fare retrofit nelle abitazioni
esistenti e realizzare un portale domestico dell’energia.
Una prima fase di sperimentazione è stata avviata nel corso del 2009 usando la tecnologia
ZigBee per la comunicazione tra Smart Plug e
video telefono. Le fasi successive della sperimentazione vedranno un’estensione del numero
di utenti e un’analisi relativa ai consumi monitorati rispetto ai consumi totali.
I vantaggi legati alla soluzione Energy@Home
sono elencati di seguito:
• disporre delle informazioni del consumo dei
dispositivi domestici consente all’utente una
consapevolezza che si traduce in un risparmio economico indiretto. Esiste un “Effetto
Monitoring” e, offrendo agli utenti disponibilità
27
Smart Grids: energia e ict - Fabio l. Bellifemine, claudio Borean, roberto De Bonis
Figura 5 - Scenario di energy&Home
•
•
•
28
di informazioni real-time riguardo i consumi
energetici, si è motivati a ridurre i consumi;
è possibile rilevare ed eliminare i consumi
“parassiti” (ad esempio le correnti di stand-by
di decoder, televisori e altri apparati); il controllo può essere operato mediante una logica
locale (ad esempio residente sul gateway domestico) o in rete;
è possibile operare il controllo dei carichi
“energivori” e ridurre i consumi di picco, evitando il distacco del contatore o permettendo
contratti meno costosi: nel caso in cui più elettrodomestici stiano funzionando contemporaneamente, il sistema rileva l’avvicinarsi al
limite di assorbimento consentito dal contratto
energetico corrente e può agire direttamente
sui singoli dispositivi;
in scenari in cui il prezzo dell’energia varia dinamicamente in modo dipendente dalle fasce
orarie, il sistema Energy@Home consenti-
rebbe di gestire i dispositivi domestici per ridurre i consumi nelle ore di maggior costo e
ottimizzare le spese legate al consumo energetico.
Telecom Italia potrebbe avere un ruolo determinante nell’abilitare questi scenari, in quanto:
1) dispone di una significativa penetrazione nelle
case mediante le offerte dati ADSL e potrebbe
utilizzare asset importanti, quali l’Access Gateway domestico (Alice Home Gate) e le piattaforme di rete per la gestione delle
informazioni;
2) dispone di una base utente ampia che permetterebbe di offrire servizi a valore aggiunto basati su comunità di utenti o su informazioni
derivati da quantità di dati statisticamente significativi.
In sostanza, l’Operatore si potrebbe candidare
in modo pressoché naturale al ruolo di gestore
Notiziario tecNico telecom italia - anno18 Numerotre2009
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della comunicazione tra gli oggetti (“Internet of
Things”).
Abilitatori tecnologici di una soluzione di gestione energetica domestica sono da una parte
la possibilità di interagire direttamente con i dispositivi (ad es. gli elettrodomestici), dall’altra la
possibilità di interagire con il contatore elettrico
per rilevare il consumo totale puntuale e il profilo
di carico personale. Il recente accordo fra Telecom Italia, Indesit Company, Electrolux ed Enel
si pone proprio l’obiettivo di lavorare insieme per
la creazione di un ecosistema di dispositivi che
interagiscono e si coordinano per ridurre i consumi di picco, evitare i sovraccarichi, e meglio bilanciare la domanda e l’offerta di energia.
Una prima fase di integrazione tra una lavatrice ed il gateway Alice di Telecom Italia è già
stata completata mediante l’allestimento di un
primo dimostratore: lo smart phone connesso all'home network WiFi controlla la lavatrice remotizzandone l'interfaccia utente, la stessa cosa è
resa possibile al cliente Telecom Italia connesso
ad Internet, o al centro servizi del costruttore.
L’abilitatore del sistema è il gateway Alice, che
opera da controllore della rete domotica ZigBee,
rendendo visibili alla rete IP tutti i device ZigBee.
Sempre al fine di creare una rete tra tutti gli attori del settore energia a livello nazionale (produttori di energia, componenti e sistemi,
distributori di energia, società di creazione e fornitura dei servizi fino agli utilizzatori finali), Telecom Italia coordina il progetto e-Cube finanziato
dal Ministero dello Sviluppo Economico. L’obiettivo è quello di creare un sistema dedicato all’ottimizzazione e la gestione dinamica dei consumi
energetici. Partecipano al progetto importanti realtà industriali e di ricerca nazionali, tra cui: STMicroelectronics, Telit, Edison, Ospedale S.
Raffaele ed Electrolux.
Nel contesto delle Smart Grids, una sfida rilevante è data dal principio fondamentale che - nel
processo di efficienza energetica - le persone, i
loro modelli di consumo di beni e servizi, le comunità d’appartenenza e le loro abitudini giocano
un ruolo determinante che le tecnologie ICT devono saper indirizzare: un’evoluzione virtuosa dei
consumi può diventare duratura solo se radicata
nello stile di vita dei consumatori. Questo problema viene affrontato da Telecom Italia nell’ambito della proposta di progetto STORIES [16] del
Polo ICT di Torino Wireless nel quale ci si è proposti di utilizzare una metodologia di “user-centred design” per definire il sistema energetico
domestico e le modalità di interazione che meglio
rispondono alle esigenze degli utenti.
C
Notiziario tecNico telecom italia - anno18 Numerotre2009
onCLUSIonI
Contenere l’inquinamento e soddisfare una
crescente domanda di energia tramite una rete
elettrica in grado di gestire flussi bi-direzionali di
energia e informazione, di integrare dispositivi intelligenti di consumo, e di promuovere i consumatori a livello di prosumer, questa in estrema
sintesi è la sfida tecnologica delle Smart Grids.
Una sorta di Internet of Energy che renda attiva
la rete elettrica tramite una rete IT che contribuisce a massimizzare l’efficienza di tutte le fasi del
ciclo: dalla generazione fino alla distribuzione e
al consumo intelligente di energia.
L’aspettativa internazionale è che le tecnologie
ICT saranno il principale volano per l’evoluzione,
ma l’evoluzione richiede non solo considerazioni
di tipo tecnologico, bensì soprattutto considerazioni di mercato, di impatto ambientale, di impatto
su requisiti e stili di vita delle persone, aspetti regolatori, e, non ultimo, strategie di migrazione dei
sistemi attuali.
Centrale per questa evoluzione è il ruolo degli
standard come abilitatori di interoperabilità fra sistemi dal livello semantico e di modellizzazione
dei dati fino al livello di comunicazione e di architettura.
Non è ancora chiaro che ruolo potranno giocare gli operatori di telecomunicazione tuttavia è
evidente la necessità di opportune piattaforme
ICT e servizi di comunicazione in grado di differenziare la qualità del servizio a diversi livelli: all’interno della casa fra i meter delle utilities e i
sistemi intelligenti di consumo e di micro-generazione, a livello cittadino per la realizzazione di
29
Smart Grids: energia e ict - Fabio l. Bellifemine, claudio Borean, roberto De Bonis
un’infrastruttura capillare di comunicazione fra gli
smart meter, a livello di sistemi di generazione e
distribuzione per l’opportuno bilanciamento di domanda e offerta. La Smart Grid dovrà quindi appoggiarsi su una rete capillare di comunicazione
che fornisca non solo connettività, ma che diventi
anche integratore di sistemi e abilitatore di nuovi
servizi energetici a valore aggiunto.
Ma energia non è solo rete elettrica, è anche
gas, acqua, riscaldamento, rifiuti, materiali e le
Smart Grids dovranno anche saper integrare
tutto ciò in un sistema di sistemi. Telecom Italia
intende presidiare il contesto delle Smart Grids
tramite un opportuno progetto di ricerca e nell’articolo sono state presentate le principali iniziative
in atto. Una sfida così ampia non può prescindere dalla collaborazione con gli altri attori del sistema e, a tal fine, si stanno impostando un certo
numero di accordi come il recente con ENEL, Indesit ed Electrolux, finalizzato a realizzare uno
eco-sistema di dispositivi per offrire nuovi servizi
di risparmio energetico.
L’evoluzione verso le Smart Grids sarà un
cammino lungo, qualcuno ipotizza 2020, qualcuno anche più in là. Tuttavia è importante esserci fin da subito per contribuire a guidare
l’evoluzione piuttosto che aspettare di reagire ad
essa.
B
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[23] Super Smart Grids - http://www.supersmartgrid.net/
[email protected]
[email protected]
[email protected]
UTorI
Fabio l. Bellifemine
PMP. È senior project manager in Telecom Italia, dove ha maturato un’esperienza di più di 10 anni nel ruolo e dove attualmente coordina il progetto Wireless
Sensor Networks. In passato si è occupato di tecnologia di agenti software lanciando il progetto
JADE e guidando il FIPA Architecture Board. In precedenza ha lavorato presso il CNR svolgendo
per 5 anni ricerca nel campo dell’analisi del segnale video digitale. Egli è membro del Comitato Tecnico Distributed Intelligent Systems di IEEE SMC Society, membro del comitato di programma di
alcune conferenze scientifiche internazionali, co-autore di numerosi articoli e di alcuni libri scientifici.
Nel 2006 è stato eletto Senior Member di IEEE ■
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claudio Borean
Laureato in Ingegneria Elettronica presso il Politecnico di Torino nel 2000 ed ha
ricevuto il Master in Telecomunicazioni come IP Network Architect dallo ISGRR.
Ha partecipato a numerosi progetti di ricerca sui temi di Next Generation Wireless LAN, tecnologia
RFID e Wireless Microdevices. Dal 2006 egli è chairman del Telecom Applications Working Group
della ZigBee Alliance ■
roberto De Bonis
Lavora in Tilab (all’epoca CSELT) dal 1990; ha lavorato su svariati aspetti nel
campo delle telecomunicazioni dal software engineering, alla stima dei costi di
sviluppo del software a piattaforme per il commercio elettronico, allo sviluppo di servizi e piattaforme
per telefonia mobile (quali ad esempio piattaforme per micro pagamenti via cellulare, piattaforma
di Transcoding e Multichannel Delivery). Ha seguito numerosi progetti europei (su svariati temi,
dalla sicurezza informatica, all’ e-health), partecipato a numerosi organismi di standardizzazione
(ISO, ITU-T, 3gpp e OMA) ed è autore di brevetti. Dal 2005 lavora nel campo delle wireless sensor
networks ed in particolare sul tema del M2M applicato allo Smart Metering; segue le attività in ambito
ETSI sul tema Machine 2 Machine ed e’ il referente per Telecom Italia per le attività di standardizzazione del metering del gas nell’ambito del CIG (Comitato Italiano Gas) ■
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