Nuovi sensori per distribuire energia

La gestione dell'energia elettrica è un punto critico che le tecnologie smart grid possono contribuire a risolvere grazie a sensori di ultima generazione.

Secondo Nanomarkets, una società che realizza ricerche in questo settore, l'utilizzo dei sensori nella gestione delle reti dell'energia può contribuire a potenziare i livelli di servizio e di erogazione riuscendo a dare quell'efficienza, quella disponibilità e quella sicurezza che per i limiti intrinseci degli attuali sistemi di rete oggi sono a basso profilo.

Ci sono diverse componenti che negli ultimi tempi hanno ingegnerizzato i sistemi di trasmissione dell'energia. Si pensi alle soluzioni di smart metering per presidiare in modo intelligente i servizi elettrici, all'integrazione dell'intelligence nelle infrastrutture di supporto per incrementare la capacità di erogazione, ai sistemi di autodiagnostica o di ripristino in automatico così come ai sistemi di stoccaggio dell'energia per gestire al meglio i momenti di picco.

Secondo gli osservatori, in tutti questi contesti la proliferazione dei sensori è un chiaro indicatore di una crescita a livello mondiale dello smart grid.
Per dare una risposta in tempo reale alla domanda, infatti, è necessario utilizzare un sensore capace di fornire l'informazione richiesta in modalità real time. NanoMarkets ha fatto un'analisi del valore di questo mercato includendo oltre ai sensori stessi, la digitalizzazione dell'hardware, le infrastrutture cablate e wireless nonché i dispositivi di smart metering necessari a collezionare e a trasportare i dati sensibili attraverso la rete.
Il comparto è valutato 80 miliardi di dollari l'anno, di cui circa 20 miliardi fatturati dal mercato Nord Americano.

Gli analisti notano anche come questo sia un momento di transizione. Da un sistema dominato da meccanismi di tipo elettromeccanico, con una configurazione di tipo radiale che dipendono da centro di erogazione primario, stiamo progressivamente passando a un modello più intelligente, fondato su un network di tipo digitale, con una comunicazione che segue un modello bidirezionale che crea una nuova generazione distribuita, capace di sfruttare sistemi di stoccaggi dell'energia (grid storage) e sistemi di presidio e di controllo avanzati. Secondo gli esperti questa evoluzione dovrebbe attirare gli investimenti delle aziende che producono sensori perché il campo di applicazione si sta notevolmente ampliando.

Tre le aree dello sviluppo, identificate da NanoMarkets. La prima è quella che viene definita “grid di trasmissione” e che comprende tutte quelle linee che vanno dal punto in cui si genera l'energia ai vari hub di distribuzione. La seconda, definita" local/utility distribution grid", include le sottostazioni che sono localizzate nelle abitazioni degli utilizzatori finali. Si tratta di un segmento che rappresenta un mercato che movimenta 40 miliardi di dollari, di cui 10 nel solo Nord America, e che include opportunità di generazione dell'energia centralizzate o distribuite, sottoreti e risorse di energia alternativa come, ad esempio, quella eolica o quella solare. Il terzo gruppo è quello che riguarda" l'infrastruttura dell'ultimo miglio" (edge infrastructure) che comprende le soluzioni di misurazione intelligente dei consumi (smart meter) e tutto quanto è connesso alla rete: abitazioni, uffici, palazzi e via dicendo. Questo segmento ha un valore pari a 6 miliardi di dollari l'anno di cui 2 miliardi la quota Nord Americana.

Rispetto al passato, quando il basso costo del carburante e la relativa economicità delle centrali elettriche permettevano di rispondere alla domanda senza problemi, oggi sono cambiate diverse cose. L'obbligo di utilizzare energie alternative, l'impennata dei costi legati alla produzione dell'energia tradizionale e una crescita smisurata della domanda impongono una diversa gestione della rete secondo criteri di utilizzo più intelligenti.
NanoMarkets ha così profilato i sensori di prossima generazione che, a seconda delle diverse modalità di utilizzo, propongono un utilizzo verticalizzato.

Moltiplicheranno i sensori per la gestione dell'ultimo miglio a cui farà seguito l'implementazione di un'infrastruttura di misurazione automatizzata (Ami – Automated Meter Infrastructure) che consentirà ai consumatori una visibilità completa sulle proprie modalità di consumo. Tramite reti wireless si diffonderà l'utilizzo di monitor che permetteranno di visualizzare consumi, picchi e controlli sui sistemi, in relazione ai prezzi dell'energia aggiornati in tempo reale secondo logiche di massima trasparenza dei servizi. Dal punto di vista dei frontiori dell'energia, il sistema consente anche di controllare in modo puntuale l'andamento della domanda per modulare l'erogazione assecondando criteri di maggiore efficienza. Progetti pilota sono partiti già in oltre una ventina di utility.

Verranno sviluppati nuovi sensori deputati a migliorare il controllo dei picchi, l'ottimizzazione del voltaggio e la potenza di carico che saranno distribuiti su tutta la rete. I sensori consentiranno anche di attivare sistemi di reportistica, aggiornata in tempo reale, che potrà esser visualizzata dai responsabili di sistema per modulare al meglio i servizi di erogazione che acquisiranno così un livello di proattività oggi impensabile.

Cresceranno i sensori che presidiano la trasmissione dei dati: oggi ci sono 20 tecnologie di comunicazione che offrono un certo livello di controllo intelligente della rete: Wimax, Bpl, fibra ottica, mesh networks, Wifi, Mpls per citarne alcune. Le tecnologie di trasmissione devono avere le seguenti caratteristiche; banda larga, comunicazione digitale abilitata all'Ip, crittografia e sicurezza, supporto Voip. I sensori di prossima generazione dovranno essere tarati su queste nuove funzionalità trasmissive e, rispetto ai sensori tradizionali, deputati ad assolvere un unica funzione (sensori per misurare l'umidità, sensori per misurare il voltaggio, sensori per misurare la corrente, sensori per la temperatura), dovranno essere in grado di comunicare tra loro sfruttando dei nodi basati su tecnologia Cmos (Complementary metal–oxide–semiconductor) per lavorare secondo modalità integrate capaci di fornire ai responsabili di servizio informazioni aggregate in tempo reale.

Facendo una comparazione tra i sensori tradizionali e i sensori smart grid gli analisti sottolineano che nei secondo il livello e la qualità delle informazioni gestite è assolutamente superiore in quanto l'intelligence applicata ai dispositivi sensoriali permette un'interattività notevole e un'integrazione ai sistemi decisamente superiore. Certo, ci sono diverse sfide correlate a questo sviluppo. Prima di tutto la messa in sicurezza dei sistemi di misurazione implementati in tutti i punti di accesso alla rete. I protocolli di comunicazione sulla smart grid sono un altro capitolo aperto: attualmente sono utilizzati gli standard Ansi C12.19 e C12.22 ma le previsioni di NanoMarkets sono che ci sarà uno spostamento verso gli standard aperti Ieee una volta che l'adozione delle smart grid sarà consolidata.