Cos'è la resilienza della griglia?

Le interruzioni di corrente possono verificarsi in caso di disastri naturali, attacchi informatici, guasti di attrezzatura e altre cause. Il grado in cui gli operatori di rete possono limitare la portata, la durata e l'impatto delle interruzioni determina il livello di resilienza di un sistema energetico.

La resilienza della rete e l'affidabilità della rete sono termini strettamente legati:

• L'affidabilità della rete misura la capacità di una rete elettrica di mantenere la fornitura di energia e di soddisfare le esigenze dei clienti in condizioni normali.

• La resilienza della rete si concentra sulla capacità della rete di resistere, adattarsi e riprendersi dalle interruzioni.

Sebbene i due concetti si sovrappongano in parte, una rete resiliente potrebbe non essere affidabile e viceversa. Gli investimenti nella resilienza spesso aumentano l'affidabilità a lungo termine accorciando la durata delle interruzioni e migliorando la robustezza del sistema.

La resilienza della rete elettrica riflette come molteplici fattori tecnici, ambientali e operativi interagiscono sotto stress per mantenere la generazione e la distribuzione dell'energia. I fattori che determinano la resilienza di una rete elettrica includono gli elementi elencati qui:

• Infrastruttura esistente

• Complessità e progettazione della griglia

• Crescita della domanda

• Transizione energetica

• Flessibilità operativa

• Cambiamento climatico

• Cybersecurity

L'infrastruttura energetica comprende centrali elettriche, trasformatori, linee elettriche e altre attrezzature che generano, trasmettono e forniscono energia. I sistemi di generazione e trasmissione datati sono più vulnerabili a eventi dirompenti.

Le griglie centralizzate con ridondanza limitata sono più facili da gestire ma spesso presentano punti critici di vulnerabilità. Al contrario, le reti decentralizzate o distribuite aggiungono ridondanza ma sono più complesse da progettare, gestire e mantenere.

La crescita della domanda mette a dura prova le infrastrutture critiche e può ridurre la resilienza della rete elettrica. Ad esempio, l'aumento della costruzione di data center basati sull'AI ha portato a un corrispondente incremento della domanda energetica.

I picchi di crescita della domanda pongono particolari sfide di resilienza, in quanto mettono a dura prova la capacità di generazione e di trasmissione in condizioni estreme.

La transizione verso fonti energetiche rinnovabili aggiunge un'altra variabile alle Operazioni del sistema. Le fonti di energia intermittenti, come il solare e l'eolico, richiedono contromisure come lo stoccaggio di energia, la risposta alla domanda e la generazione flessibile, per compensare la loro produzione incoerente di elettricità.

La flessibilità operativa è la capacità di una rete di regolare rapidamente la generazione, il carico e i flussi di energia in risposta alle mutevoli condizioni dell'offerta o della domanda di energia. È fondamentale per l'integrazione delle energie rinnovabili perché bilancia le fluttuazioni che possono verificarsi con fonti di energia intermittenti.

Il cambiamento climatico porta a modelli meteorologici sempre più instabili, disastri naturali ed eventi climatici estremi, che a loro volta possono interrompere le forniture di energia. Sia gli eventi di freddo estremo che quelli di calore estremo stanno sempre più mettendo alla prova la resilienza della rete in diverse regioni. Le temperature fredde da record del gennaio 2024 hanno causato l'interruzione di corrente in Texas, mettendo a dura prova la generazione, la fornitura di carburante e le operazioni di rete.

Incendi, inondazioni e forti tempeste sono tutti gravi rischi climatici che influiscono sulla resilienza della rete elettrica. L'aumento delle temperature e le ondate di calore portano a un maggiore uso dei condizionatori d'aria, accelerando la crescita della domanda di Utility. Le isole di calore urbane (aree sviluppate con temperature più alte rispetto all'ambiente circostante) aggravano ulteriormente i problemi legati al raffreddamento.

La crescente adozione di tecnologie di rete digitali rende i sistemi di alimentazione più vulnerabili agli attacchi informatici. Gli operatori della rete hanno bisogno di misure di cybersecurity robuste per minimizzare le superfici di attacco e mantenere la resilienza della rete contro un panorama delle minacce in continua evoluzione.

Il 2026 è un anno cruciale per la resilienza della rete a causa di diversi fattori convergenti. La domanda in crescita deriva dall'aumento dell'elettrificazione, della costruzione di data center e della crescita economica. Nel frattempo, l'invecchiamento delle infrastrutture e i disastri naturali più frequenti legati al cambiamento climatico ostacolano la capacità della rete di soddisfare la maggiore domanda.

Adattare la rete con aggiornamenti tecnologici avanzati, come iniziative di sostenibilità che utilizzano energie rinnovabili ed energia nucleare, non è privo di sfide. Entrambi sono ad alta intensità di capitale e integrare le energie rinnovabili nelle infrastrutture legacy è logisticamente complesso.

A differenza delle rinnovabili intermittenti, le centrali nucleari possono funzionare in modo continuo e sono meno sensibili alla variabilità meteorologica a breve termine. Tuttavia, l'energia nucleare è oggetto di dibattito in corso riguardo alla sicurezza e ad altre questioni.

Le soluzioni di resilienza a breve termine sono necessarie per affrontare le sfide del 2026, prima che le fonti energetiche a lungo termine possano essere messe in linea.

La resilienza delle reti elettriche moderne è garantita da tecnologie chiave come AI, fonti di energia rinnovabile e reti distribuite. Questi approcci sono i quattro metodi principali per migliorare la resilienza della rete:

• Tecnologie intelligenti

• Miglioramenti dell'infrastruttura fisica

• Generazione distribuita

• Stoccaggio dell'energia

Gli operatori della rete e altri stakeholder possono introdurre l'automazione nella gestione degli asset energetici adottando tecnologie di smart grid. I modelli di analytics predittiva possono aiutare ad anticipare le minacce e dare agli operatori della rete il tempo di reagire o condurre la manutenzione predittiva. Sensori avanzati, come le PMU (Phasor Measurement Units), possono guidare il rilevamento automatico delle interruzioni e la consapevolezza situazionale.

Con una sufficiente modernizzazione, i sistemi di auto-rilevazione e auto-riparazione possono reindirizzare l'alimentazione quando viene rilevata un'interruzione e mantenere la consegna ai clienti. L'integrazione delle tecnologie intelligenti può aiutare le organizzazioni a presentarsi come entità idonee per opportunità di finanziamento infrastrutturale, programmi di sovvenzione e altre partnership.

Il termine "rinforzare" la rete elettrica si riferisce al renderla più resistente alle interruzioni fisiche. Le soluzioni includono contromisure per la resilienza climatica come muri marini più alti, gestione della vegetazione, trasferimento di asset chiave, materiali resistenti al fuoco e interramento delle linee elettriche.

Invece di costruire nuove infrastrutture, gli operatori di rete possono utilizzare sistemi di trasmissione a corrente alternata flessibili (FACTS) per bilanciare una fornitura di energia incoerente. FACTS aiuta le reti obsolete ad adattarsi alle fonti di energia rinnovabile senza richiedere nuove costruzioni.

Le tecnologie intelligenti e i miglioramenti fisici offrono ai fornitori di energia l'opportunità di trasformare i rischi climatici in opportunità commerciali con investimenti strategici.

La generazione distribuita (DG) è la fornitura di elettricità tramite reti locali su piccola scala, a differenza delle grandi reti centralizzate. Le risorse energetiche distribuite (DER) si concentrano spesso su fonti di energia rinnovabile e possono avere caratteristiche come pannelli solari, turbine eoliche e sistemi di storage di energia.

I DER possono alimentare singole abitazioni o connettersi a una microgriglia, una rete gestita in modo indipendente che alimenta un'area regionale, come un campus universitario o ospedaliero. Le microgriglie e i sistemi combinati di calore ed elettricità (CHP) possono connettersi e contribuire alla rete più ampia, mettendosi in quarantena o "isolando" manualmente o automaticamente per mantenere il tempo di attività durante un'interruzione.

I sistemi DG possono contribuire a mitigare la domanda di energia, integrando l'energia fornita dalla rete o sostituendola completamente per le aree che servono. Gli operatori di rete possono quindi concentrare le risorse su altri clienti non serviti da un DER. Le entità che gestiscono le DER possono guadagnare vendendo l'energia in eccesso alla rete più grande.

I sistemi di storage energetico sono un componente critico della modernizzazione della rete. Clienti e utility possono mantenere una fornitura elettrica durante interruzioni e bilanciare la variabilità. I sistemi di storage di energia a batteria (BESS) possono essere distribuiti su scala residenziale, commerciale e di utility, fornendo backup energetico durante le interruzioni e servizi di rete come la regolazione della frequenza, il supporto della tensione e la riduzione dei picchi.

Le tecnologie di storage di energia a lunga durata estendono questi vantaggi fornendo potere per ore o giorni anziché per minuti. I sistemi di storage migliorano le prestazioni delle microreti, migliorano la flessibilità del sistema e permettono agli operatori di rete di ripristinare rapidamente il servizio.

Gli indicatori chiave di prestazioni (KPI) della resilienza della rete consentono a Organizzazioni e stakeholder di valutare l'efficacia delle loro iniziative. Questi insight possono indirizzare ulteriori miglioramenti e massimizzare l'efficienza.

I KPI della resilienza della rete includono le metriche qui descritte:

• SAIDI (indice di durata media delle interruzioni di sistema) misura la durata media cumulativa delle interruzioni di corrente per cliente.

• SAIFI (indice medio di frequenza di interruzione del sistema) misura il numero medio di interruzioni per periodo di misura, spesso all'anno.

• CAIDI (indice di durata media delle interruzioni per il cliente) misura il tempo medio necessario per ripristinare la fornitura di energia dopo un'interruzione. SAIDI, SAIFI e CAIDI sono tradizionalmente metriche di affidabilità ma spesso vengono utilizzati come indicatori proxy per la resilienza della rete.

• Le prestazioni del carico critico sono il limite massimo di domanda che una rete può sopportare prima di subire effetti negativi, come i blackout.

• Le metriche per il rafforzamento delle infrastrutture possono includere chilometri di linee elettriche interrate, innalzamento delle dighe, ammodernamento delle strutture e megawatt (MW) di generazione di energia resistente alle intemperie.

• Il numero e la capacità delle microgriglie indicano quanto bene le microgriglie integrano una rete nella sua area di servizio.

• La modellazione delle minacce che utilizza analytics predittiva può dimostrare gli effetti degli eventi meteorologici estremi su una rete.

• Le valutazioni della vulnerabilità degli asset individuano le infrastrutture critiche a rischio di interruzione.

• La funzione di danno al cliente (CDF), sviluppata dal National Renewable Energy Laboratory (NREL) attraverso il suo programma National Library of the Rockies (NLR). con finanziamenti del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti (DoE). Misura la differenza dei costi di interruzione con e senza investimenti di resilienza.

Ad oggi, non esistono standard universali per i KPI di resilienza della rete, anche se sono in corso ricerche per sviluppare un nuovo sistema per misurare l'efficacia delle iniziative. Un articolo del 2026 pubblicato su Science Direct ha suggerito una nuova serie di KPI focalizzati sulle DER, con l'obiettivo di offrire uno sguardo più focalizzato sugli sviluppi specifici della resilienza.