Ottimizzazione della produzione di energia con le più recenti tecnologie delle reti intelligenti

Le nuove tecnologie stanno plasmando il modo in cui produciamo, distribuiamo e consumiamo energia. La tecnologia smart grid, parte integrante della trasformazione digitale dell'energia, promette di modernizzare il sistema elettrico tradizionale con un'infusione di intelligenza digitale che aiuta i fornitori di energia a passare all'energia pulita e a ridurre le emissioni di carbonio.

Solo gli Stati Uniti hanno installato quasi 10.000 unità di generazione di elettricità, collegate da più di 300.000 miglia di linee di trasmissione e in grado di generare oltre un milione di megawatt di energia. Ma l'importanza delle tecnologie smart grid va oltre le aziende energetiche; le smart grid permettono anche ai consumatori di prendere il controllo del proprio consumo energetico.

Storicamente, la rete elettrica è sempre stata una strada a senso unico. Le centrali elettriche producono elettricità e poi la distribuiscono ai consumatori. Il sistema è in gran parte passivo, con poche informazioni in tempo reale sull'utilizzo e sulla domanda.

Le smart grid capovolgono questo modello. Una smart grid è una rete elettrica digitale che fornisce energia ai consumatori utilizzando una comunicazione interattiva bidirezionale, consentendo una fornitura di energia automatizzata e avanzata e una serie di opportunità per i consumatori di controllare il consumo e i costi dell'elettricità.

Le smart grid si basano su diversi componenti integrali, ognuno dei quali svolge un ruolo nel garantire il corretto funzionamento delle operazioni:

• Contatori intelligenti: i contatori intelligenti misurano il consumo di energia in tempo reale da parte del consumatore, fornendo informazioni dettagliate sui modelli di consumo sia al consumatore che al fornitore di energia.
• Sensori e dispositivi di automazione: sono installati in tutta la rete per monitorare la tensione, la corrente e la capacità di carico (tra le altre metriche). Possono regolare automaticamente i parametri per prevenire sovraccarichi e blackout prolungati su larga scala.
• Reti di comunicazione: la spina dorsale di ogni smart grid sono le reti di comunicazione, che facilitano la trasmissione dei dati tra i vari componenti, inclusi sensori, dispositivi automatizzati e centri di controllo. I sistemi di trasmissione possono essere cablati o wireless e utilizzano una serie di protocolli e tecnologie di comunicazione (ad esempio, Wi-Fi, Z-Wave, Zigbee e 4G/5G).
• Software e analytics: le smart grid generano enormi quantità di dati. Per gestire, analizzare e comprendere questi dati, le aziende energetiche utilizzano software avanzati e strumenti di analytics. Questi software e gli insight che forniscono possono aiutare i fornitori a prevedere i pattern di domanda, identificare potenziali problemi e ottimizzare la rete di distribuzione.

I sistemi avanzati di gestione dell'energia come le smart grid possono utilizzare una gamma di tecnologie per aiutare i consumatori e le aziende energetiche a monitorare il consumo di energia.

Una di queste tecnologie è l'infrastruttura di misurazione avanzata (AMI). L'AMI misura, raccoglie e analizza il consumo di energia dai contatori elettrici intelligenti, dai contatori del gas e/o dell'acqua su base programmata e predefinita. I dati vengono quindi inviati ai consumatori e alle aziende energetiche per il monitoraggio e la fatturazione, fornendo a tutte le parti una chiara comprensione dei modelli di consumo e consentendo un uso più efficiente dell'energia.

La gestione della risposta alla domanda (DRM) è un altro tipo di tecnologia smart grid. Facilitata da modelli di prezzi in tempo reale (dove i prezzi dell'elettricità aumentano durante i periodi di alta domanda) la DRM dà priorità alla gestione dalla parte della domanda, incoraggiando i consumatori a ridurre il loro consumo energetico durante i picchi di carico.

Le PMU (Phasor Measurement Units) monitorano le onde elettriche sulla rete elettrica utilizzando una fonte temporale comune per la sincronizzazione. La sincronizzazione dell'ora consente alle aziende energetiche di effettuare misurazioni in più punti del sistema di distribuzione e combinarle per un quadro completo dello stato del sistema.

I fornitori di energia possono anche utilizzare tecnologie vehicle-to-grid (V2G), note anche come integrazione vehicle-to-grid (VGI). Le batterie dei veicoli elettrici sono sistemi di accumulo di energia particolarmente efficienti. I sistemi V2G utilizzano al meglio tale efficienza trasferendo l'energia inutilizzata dal veicolo alla smart grid, aiutando a bilanciare i picchi nel consumo di elettricità e riducendo il sovraccarico della rete nelle ore di punta.

La tecnologia smart grid presenta innumerevoli benefici, tra cui una maggiore efficienza e affidabilità della rete e una facile integrazione con le fonti di energia rinnovabili. Tuttavia, per massimizzare davvero i benefici di una smart grid, le società elettriche devono implementare anche strategie di ottimizzazione efficaci. Per sfruttare al meglio il tuo sistema di smart grid, dovresti fare quanto segue:

Affidati ad analytics avanzati

L'utilizzo di analytics avanzati può aiutare a prevedere e gestire la domanda e l'offerta di energia in modo più efficace. La tecnologia di intelligenza artificiale (AI) e machine learning (ML) può analizzare grandi quantità di dati per ottenere insight sui modelli di consumo energetico, sui periodi di picco della domanda e sulle prestazioni della rete.

Le aziende energetiche possono utilizzare questi insight per ottimizzare le operazioni, migliorare l'accuratezza delle previsioni di forecasting, migliorare l'efficienza energetica e identificare le opportunità di upgrade dell'infrastruttura. Inoltre, gli algoritmi di AI possono consentire un processo decisionale intelligente e l'automazione, facilitando la gestione ottimale della rete e riducendo i costi operativi.

Monitora i dati della rete in tempo reale e implementa la manutenzione predittiva

Utilizzando sensori, analytics e algoritmi di ML, le aziende energetiche possono monitorare i componenti (ad esempio trasformatori, sottostazioni e linee elettriche) in tempo reale. E il monitoraggio della rete in tempo reale è fondamentale per ottimizzare la tecnologia delle smart grid.

Consente di identificare e correggere immediatamente guasti, potenziali guasti e problemi di qualità dell'energia. Ti aiuterà anche a implementare un programma di manutenzione predittiva (PdM), che pianifica in modo proattivo le attività di manutenzione per ridurre i tempi di inattività e migliorare l'affidabilità complessiva della rete.

Inoltre, gli insight basati sui dati derivanti dal monitoraggio della rete possono essere utilizzati per ottimizzare le strategie operative, identificare le aree con elevate perdite di energia e ridurre le inefficienze del sistema. Ti aiuteranno anche a rispondere rapidamente ai cambiamenti nella domanda di elettricità, garantendo una fornitura costantemente costante.

Integra le risorse energetiche distribuite (DER)

L'integrazione delle DER, comprese le fonti di energia rinnovabile come i sistemi fotovoltaici (cioè i pannelli solari), le turbine eoliche e i sistemi di storage dell'energia, nella rete può renderla più sostenibile e resiliente. Questi sistemi di generazione distribuita possono reimmettere l'elettricità in eccesso nella rete e ridurre la dipendenza dalle tradizionali centrali elettriche a combustibili fossili.

Le aziende energetiche possono anche utilizzare tecniche come gli algoritmi di ottimizzazione intelligente della rete per bilanciare la natura intermittente delle fonti di energia rinnovabile e garantire la stabilità della rete. Inoltre, l'utilizzo delle DER promuove la produzione locale di energia e riduce le perdite di trasmissione, migliorando la resilienza complessiva della rete.

Implementa misure di cybersecurity e privacy dei dati

Poiché le smart grid si basano in larga misura su sistemi interconnessi e sullo scambio di dati, sono vulnerabili agli attacchi informatici. L'implementazione di misure complete di cybersecurity e privacy dei dati proteggerà l'integrità e la topologia della rete e garantirà un servizio continuo.

Le strategie di ottimizzazione dovrebbero includere solidi protocolli di crittografia, segmentazione della rete, sistemi di rilevamento delle intrusioni e controlli di sicurezza regolari.

Inoltre, preservare la privacy dei dati dei consumatori è fondamentale quando si raccolgono e si utilizzano informazioni sensibili come i modelli di consumo e i dati personali. Dare priorità alla cybersecurity e alla privacy dei dati ti aiuterà a mantenere la fiducia e la sicurezza dei consumatori, facilitando una più ampia adozione della tecnologia smart grid.

Massimizza la resilienza della rete con le microgrid

In un momento in cui i disastri e le emergenze legati al clima sono in aumento, migliorare la smart grid per la massima resilienza è fondamentale. L'utilizzo di microgrid, sistemi autosufficienti in grado di generare e distribuire energia in modo indipendente, può fornire un vantaggio significativo.

Le microgrid possono essere integrate perfettamente nell'infrastruttura di rete principale e possono funzionare autonomamente durante le interruzioni di corrente, garantendo che le comunità e le strutture critiche abbiano accesso all'elettricità. Il coordinamento delle microgrid e della smart grid principale faciliterà il bilanciamento del carico e l'utilizzo delle risorse e ridurrà al minimo le interruzioni.

Utilizza sistemi di storage di energia per aumentare la flessibilità della rete

L'accumulo di energia nella rete prevede di conservare l'energia elettrica in surplus per usarla in seguito, tramite batterie, volani, supercondensatori e sistemi di accumulo idroelettrico pompato.

Le tecnologie di accumulo consentono di recuperare e immagazzinare in modo efficiente l'elettricità in eccesso generata da fonti rinnovabili durante i periodi non di punta. L'implementazione di sistemi di accumulo di energia in tutta la rete può aiutare le aziende energetiche a bilanciare la domanda e l'offerta, mitigare le fluttuazioni e garantire un approvvigionamento energetico stabile e affidabile.

Inoltre, l'accumulo di energia migliora la flessibilità della rete consentendo alle società elettriche di memorizzare energia nei periodi di bassa domanda e rilasciarla nelle ore di punta, riducendo la tensione sulla rete e minimizzando la necessità di ulteriore generazione di energia.

Installa sistemi di automazione e controllo della rete

I sistemi intelligenti di gestione della distribuzione che automatizzano i componenti delle smart grid (come sottostazioni e alimentatori) possono monitorare e controllare i flussi di energia, bilanciare i carichi e ridurre al minimo le perdite. E le tecnologie di commutazione automatica e autoriparazione consentono il rilevamento e l'isolamento rapidi dei guasti, riducendo la durata delle interruzioni.

Ci aspettiamo che l'evoluzione veloce dei sistemi energetici continui, e forse persino si acceleri, verso un "internet dell'energia" in cui dispositivi smart (come i sistemi di domotica) interagiscono con la smart grid per ottimizzare il consumo energetico in modo sempre più preciso.

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La tecnologia smart grid cambia radicalmente il modo in cui interagiamo con i sistemi di energia e il mercato dell'elettricità nel XXI secolo. Ci consente di diventare più consapevoli del nostro consumo di energia e di fare scelte più intelligenti, permettendoci di costruire un futuro energetico più sostenibile. E con l'approccio giusto, possiamo tutti far parte della rivoluzione.