Le microgrid e il loro ruolo nel garantire la futura autonomia energetica

Nel settore energetico è in corso un’importante migrazione. La generazione di energia elettrica basata sui combustibili fossili sta per essere gradualmente eliminata per rispondere alle crescenti preoccupazioni legate al cambiamento climatico e per ridurre le emissioni di CO2. Pertanto, una percentuale sempre maggiore dell’elettricità fornita attraverso la rete deriverà da fonti di energia rinnovabili ( ad esempio eolica, termica e solare).

Non più pochi siti di produzione di energia elettrica su larga scala (come le centrali a carbone), ma piuttosto una nuova topologia decentralizzata, in cui l’elettricità proviene da una moltitudine di siti distribuiti di varie dimensioni. In questo modo, le imprese, gli enti locali e le altre organizzazioni avranno la possibilità di modificare completamente le loro strategie energetiche e di ottenere un’autonomia energetica maggiore di quella che hanno avuto finora. Ci stiamo addentrando nell’era delle microgrid.

Figura 1: Il Campus di ricerca e sviluppo di Princeton con tecnologia microgrid di Siemens

Il cambiamento del panorama energetico

Con i costi dell’energia che aumentano a un ritmo senza precedenti, le organizzazioni devono affrontare la questione delle bollette. In aggiunta, per motivi di responsabilità aziendale e di immagine del marchio, cercano di trovare il modo di ridurre le emissioni di anidride carbonica.

Potendo evitare l’eccessiva dipendenza dalla rete, queste organizzazioni hanno la possibilità di ridurre le spese operative e aumentare la redditività, promuovendo al contempo le loro credenziali ecologiche. Molte di esse stanno quindi cercando di adottare la tecnologia delle microgrid.

Secondo la società di analisi Allied Research , il mercato globale delle microgrid sta attualmente registrando una crescita a due cifre, con un tasso di crescita annuale composto (CAGR) che entro il 2030 dovrebbe sfiorare il 15%. Di conseguenza, si prevede che alla fine di questo decennio il valore annuo sarà di ben 59,7 miliardi di dollari.

Fattori che giustificano il passaggio ad un sistema di microgrid

I vantaggi che si possono trarre dalla tecnologia delle microgrid sono numerosi, ed è proprio questo che la rende attualmente molto interessante. Ecco alcuni dei principali aspetti che le organizzazioni e le comunità devono prendere in considerazione:

Man mano che le fonti rinnovabili iniziano a essere responsabili della maggior parte della produzione di energia elettrica, la rete sarà più soggetta a fluttuazioni nella fornitura e le interruzioni di corrente potrebbero diventare più frequenti. Per questo motivo, le organizzazioni/comunità desiderano esplorare la possibilità di avere una propria capacità di generazione di energia elettrica. In questo modo potranno disporre di una fornitura di elettricità più robusta e su cui poter fare pieno affidamento.

La microgrid, pur essendo collegata alla rete principale per gran parte del tempo, una volta in “modalità isola” è in grado di operare in modo completamente indipendente da essa. Ciò significa che la microgrid può continuare a fornire elettricità ai carichi che le sono stati assegnati, anche quando si verifica un’interruzione di corrente sulla rete principale.

Poiché la generazione di elettricità della microgrid si trova più vicina ai carichi assegnati, non ci sono più grandi distanze su cui l’elettricità deve essere trasportata. Ciò significa che le perdite delle linee elettriche sono molto più ridotte e che è possibile raggiungere livelli di efficienza maggiori.

Oltre alle interruzioni di corrente, c’è anche il rischio che le reti di distribuzione su larga scala subiscano attacchi informatici. Finora i casi di questo tipo sono stati relativamente rari, ma la minaccia è sempre più evidente. Al contrario, è improbabile che le piccole microgriglie localizzate siano un bersaglio interessante per questo tipo di attività.

Inoltre, per migliorare la resilienza delle forniture e una maggiore efficienza, le organizzazioni possono sfruttare le loro microgrid e diventare generatori netti di elettricità, anziché rimanere consumatori. Infatti, vendendo alle aziende elettriche l’elettricità in eccesso generata dalle fonti rinnovabili in loco, potranno aggiungere un ulteriore flusso di entrate ai loro rispettivi modelli di business.

Come già detto, la produzione di energia proveniente da fonti rinnovabili sarà intermittente. Questo significa, ancora una volta, che le organizzazioni hanno la possibilità di utilizzare alcuni aspetti delle loro installazioni di microgrid per supportare la rete principale. Le riserve di accumulo di energia a loro disposizione saranno preziose per aiutare la rete principale a soddisfare le richieste che vengono poste in determinati momenti. I periodi di picco della produzione di energia elettrica delle fonti rinnovabili non coincideranno con i picchi di consumo dei consumatori. Pertanto, potendo attingere all’energia immagazzinata in banchi di batterie presso i siti di microgrid collegati, le forti tensioni a cui sarà sottoposta la rete principale potranno essere alleviate.

Le sfide ingegneristiche

La configurazione delle installazioni di microgrid dovrà essere tale da garantire elevati livelli di prestazioni, in modo da poter sfruttare appieno i vantaggi della loro implementazione. Inoltre, devono essere il più possibile efficienti dal punto di vista dei costi, per ottenere il massimo dall’investimento iniziale effettuato nonché ridurre al minimo i rischi finanziari. A tale scopo, l’accesso agli strumenti di sviluppo corretti e a tutte le apparecchiature di controllo e monitoraggio necessarie costituiscono sicuramente una priorità assoluta.

Inoltre, l’emergere di software di gestione e analisi energetica più sofisticati e adattabili consentirà di esaminare i dati acquisiti e di apportare miglioramenti al sistema. In questo modo, una volta costruita la microgrid, sarà possibile garantire che il fabbisogno elettrico a lungo termine della struttura/comunità sia soddisfatto nel modo più efficiente.

Selezione delle soluzioni a supporto delle installazioni di microgrid

Nell’ambito del suo costante obiettivo di promuovere l’automazione e la trasformazione digitale, Distrelec è uno dei principali partner della catena di fornitura di Siemens in Europa. Grazie alla stretta collaborazione instaurata con Siemens, Distrelec è ben posizionata per supportare i propri clienti nel raggiungimento dei loro obiettivi di microgrid, assistendoli con soluzioni avanzate di monitoraggio e controllo.

Figura 2: Contatori di energia 7KM PAC3120 di Siemens

Con i contatori di energia 7KM PAC3120 è possibile registrare con precisione i dati relativi al consumo di elettricità. Queste unità sono applicabili in tutte le aree geografiche, in quanto supportano sia la frequenza di rete di 50 Hz che quella di 60 Hz. Sono in grado di gestire tensioni di alimentazione di 24VAC e il fattore di forma compatto li rende facili da installare. Dispongono di I/O Ethernet a 10 Mbps, tramite i quali possono interfacciarsi con piattaforme di automazione e gestione dell’energia di livello superiore. Il modello gemello del PAC3120 7KM, il PAC2200, è conforme allo standard di comunicazione M-Bus dell’Unione Europea.

Figura 3: Unità di controllo SIMATIC S7-1500 di Siemens

I sistemi di Siemens offrono un tempo di calcolo inferiore a 1ns e sono molto adatti all’elaborazione basata sui bordi di cui avranno bisogno i sistemi di microgrid. Hanno una struttura modulare che consente di aumentare le funzionalità quando necessario. Il grado di protezione IP20 ne consente l’impiego in ambienti applicativi difficili.

Figura 4: Un logo Siemens 8.3 collegato al cloud! Modulo logico Modulo logico

Comprendendo sia Modbus TCP/IP che I/O Ethernet, in modo da massimizzare la loro adattabilità, e avendo una programmazione intuitiva drag-and-drop per accelerare i tempi di sviluppo del sistema, i moduli logici LOGO! 8.3 di Siemens possiedono molti degli attributi vitali che facilitano l’implementazione delle microgrid. Il vero elemento di differenziazione, tuttavia, è la connettività cloud che offre. Il server web integrato può essere ospitato direttamente nel cloud, in modo che gli utenti possano visualizzare tutti i parametri rilevanti monitorati e possano quindi ottenere una visione d’insieme. La personalizzazione del server web consente di soddisfare un’ampia gamma di requisiti specifici. Inoltre, la crittografia TLS garantisce un elevato grado di sicurezza.

Microgrid in azione

Per illustrare i numerosi vantaggi dell’adozione delle microgrid, Siemens ha fondato un campus di microgrid a Princeton. Questa iniziativa unica nel suo genere è un esempio di alto profilo di ciò che può essere realizzato. Non solo è una vetrina delle più recenti innovazioni in materia di microgrid, ma funge anche da banco di prova per sperimentare nuove idee che saranno poi applicate alle installazioni di microgrid di prossima generazione in tutto il mondo.

Conclusioni

È chiaro che l’uso delle microgrid contribuirà in modo significativo a un futuro più sostenibile, consentendo la generazione e la fornitura di energia elettrica a basso costo e rispettosa dell’ambiente in un contesto più localizzato, con conseguente incremento dell’efficienza e della sicurezza. Adottando un approccio di tipo microgrid, le organizzazioni saranno in grado di ottenere una maggiore autonomia energetica. In questo modo saranno meno vulnerabili alle interruzioni di corrente sulla rete principale, potranno raggiungere i loro obiettivi ecologici e ridurre i costi di gestione complessivi. Tuttavia, non si tratta di un processo semplice.

Grazie all’hardware e agli strumenti di accompagnamento offerti da Siemens, Distrelec è in grado di supportare i clienti quando iniziano a implementare l’infrastruttura di microgrid nei loro siti. I clienti potranno ottenere una consulenza tecnica esperta per guidare il processo decisionale. In questo modo potranno concettualizzare il layout di una microgrid appropriata, determinare la migliore tecnologia rinnovabile e di accumulo per il progetto e stimare il periodo di ammortamento. Grazie a flussi di dati costantemente aggiornati, avranno la capacità di esaminare i flussi energetici di tutti gli elementi costitutivi delle loro strutture, in modo da mantenere costantemente prestazioni ottimali. Sarà possibile identificare i punti in cui è possibile apportare miglioramenti, nonché effettuare una pianificazione di emergenza e prepararsi agli aggiornamenti.

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