La digitalizzazione ha un enorme potenziale per rendere i sistemi energetici più efficienti, flessibili e resilienti. Essa è parte integrante della loro evoluzione e lo sarà sempre di più, a cominciare dalla rete elettrica.
TAKEAWAY
- Le tecnologie abilitanti la digitalizzazione per la carbon neutrality saranno fondamentali per l’elettrificazione pulita, essenziale presupposto per il futuro dell’energia.
- In tutto questo è basilare il ruolo della rete elettrica e la sua digitalizzazione, su cui si investe molto: nel 2019 la spesa ha raggiunto i 40 miliardi di dollari.
- Oltre alle smart grid, il futuro digitale e green del mondo energetico e non solo vedrà un sempre maggiore contributo di AI, IoT, blockchain, ma anche di smart meter, droni e 5G.
Sul ruolo della digitalizzazione per la carbon neutrality se n’è parlato in questi giorni in cui è andata in scena la COP26. Ora però è il momento di tradurre in azioni concrete gli annunci e gli obiettivi, il primo dei quali è evitare il surriscaldamento climatico, rispettando così l’accordo sul clima di Parigi. Per riuscirci e contrastare così il riscaldamento globale e i cambiamenti climatici si deve centrare l’obiettivo delle zero emissioni nette fissato al 2050 (eccetto Cina, Russia e Arabia Saudita, che hanno indicato il 2060 come data termine, e India il 2070).
Pare lontano, ma non lo è affatto. Come segnala la IEA nel World Energy Outlook 2021, lo scenario Net Zero Emissions prevede circa 240 milioni di impianti solari fotovoltaici sui tetti e 1,6 miliardi di auto elettriche da qui ai prossimi 30 anni. Un sistema di questo genere e complessità avrà bisogno di operare in modo molto flessibile, grazie a reti elettriche adeguate, alla capacità di svolgere energy storage per gestire la produzione elettrica da fonti rinnovabili:
«Questo sistema richiederà anche tecnologie digitali capaci di supportare la risposta alla domanda e gestire in modo sicuro i flussi multidirezionali di dati ed energia»
L’elettrificazione “pulita” assume così un’importanza enorme. Nei giorni della COP26 il World Economic Forum ha messo in luce il suo valore, spiegando che la sua attuazione permetterebbe di “coprire i tre quarti della strada” verso l’obiettivo net-zero. L’architettura di rete esistente richiede un aggiornamento digitale per garantire la resilienza e la sostenibilità. Da qui l’importanza delle smart grid, le reti intelligenti rese tali grazie alla combinazione tra digitale e fisico.
Intensificare la collaborazione digitale per raggiungere la decarbonizzazione è anche l’auspicio della ITU, l’agenzia delle Nazioni Unite specializzata nelle telecomunicazioni/ICT, che guida l’innovazione insieme a 193 Stati membri e a un gruppo di oltre 900 aziende, università e organizzazioni internazionali e regionali. Il suo vice segretario generale, Malcolm Johnson, nei giorni della COP26 ha messo in luce come le tecniche che fanno capo all’ambito di studi dell’Intelligenza artificiale, il 5G, le tecnologie digitali emergenti hanno una notevole promessa di mettere il pianeta su un percorso verso la neutralità climatica.
Proprio la tecnologia 5G, sostenuta dalle reti mobili, potrebbe aiutare i settori manifatturieri del G7 a ridurre le emissioni totali di carbonio. Un report pubblicato da Mobile UK ha messo in luce i benefici dell’impiego diffuso delle tecnologie di comunicazione di quinta generazione. Qualche esempio: nel settore dei trasporti, il 5G potrebbe alimentare soluzioni con il potenziale di rimuovere 6,6-9,3 MtCO2e all’anno, mentre nel settore agricolo droni e sensori connessi alle reti di quinta generazione potrebbero avere il potenziale per sostenere pratiche agricole intelligenti e a basse emissioni di carbonio che possono ridurre le emissioni dell’industria di ben 1 MtCO2e entro il 2035.
Digitalizzazione per la carbon neutrality: le evidenze della IEA
Le tecnologie digitali svolgono un ruolo cruciale nell’integrazione dei diversi aspetti del nuovo sistema energetico. Settori che finora hanno operato in modo largamente indipendente (come l’elettricità e i trasporti) diventano sempre più connessi. Si consideri l’aumento della mobilità elettrica, per esempio.
Le reti devono fare fronte a una diversità e complessità di flussi molto maggiore, dato che molti nuovi attori, comprese le famiglie, passano da consumatori a prosumer. La gestione delle piattaforme e dei dati necessari per mantenere questo sistema operativo in modo efficace diventa una parte centrale della nuova economia energetica, così come mitigare i rischi associati alla cibersecurity e alla privacy dei dati.
In tutto questo la digitalizzazione per la carbon neutrality diventa parte integrante dell’evoluzione, che deve contare però su sistemi elettrici affidabili e accessibili. Al centro ci sono le reti elettriche. Ci sono circa 80 milioni di chilometri di reti nel mondo oggi. Nel prossimo decennio, gli investimenti dovranno aumentare sostanzialmente per mantenere e migliorare l’affidabilità, sostenere la transizione energetica e fornire l’accesso all’elettricità a tutti. Per questo, gli investimenti in reti di trasmissione e distribuzione passeranno da una cifra inferiore ai 300 miliardi di dollari in media all’anno, come registrato negli ultimi 5 anni, a più di 370 miliardi di dollari in media nel prossimo decennio. Ma le previsioni contenute nel report IEA parlano di investimenti medi per la rete fino al 2030 fino a 630 miliardi di dollari all’anno.
Il principale catalizzatore degli investimenti per rafforzare ed estendere le reti elettriche è la crescita della domanda di elettricità. Da qui ai prossimi nove anni, la domanda di elettricità aumenterà di circa il 30%, con un incremento previsto di quasi il 45% nello scenario net zero al 2050. Modernizzare ed estendere l’infrastruttura della rete elettrica – dalle linee di trasmissione e linee di trasmissione e distribuzione, alle sottostazioni e ad altre attrezzature – diventa un presupposto essenziale per gestire al meglio la produzione da fonti rinnovabili come fotovoltaico ed eolico. Oltre alle sezioni di rete nuove e sostitutive, sono necessari investimenti in smart grid e componenti di digitalizzazione, per garantire che i volumi in espansione del solare fotovoltaico e dell’eolico possano essere accolti in modo da garantire la stabilità e l’affidabilità della rete.
Digital transormation del sistema elettrico: l’importanza di AI e blockchain
In tema di digitalizzazione per la carbon neutrality, i progressi nelle tecnologie digitali, la diminuzione dei costi e la connettività onnipresente stanno accelerando la trasformazione digitale dei sistemi elettrici. Una trasformazione supportata anche da investimenti consistenti: la stessa IEA segnala che negli ultimi anni si sta investendo molto sulle tecnologie riguardanti le digital grid.
La spesa ha raggiunto i 40 miliardi di dollari nel 2019, costituendo circa il 15% degli investimenti totali sulla rete. La maggior parte è destinata agli smart meter – i contatori intelligenti – e alle apparecchiature di automazione della rete. Ma è un investimento prezioso in quanto la digitalizzazione, capace di combinare dati, analisi e connettività, ha un enorme potenziale per rendere i sistemi energetici più efficienti, flessibili e resilienti.
Tali sistemi elettrici digitalizzati sono caratterizzati da flussi multidirezionali di dati ed elettricità. In questo sistema energetico più interconnesso, tecniche di machine learning potrebbero migliorare notevolmente l’accuratezza e la risoluzione temporale e spaziale delle previsioni della domanda e dell’offerta di elettricità, aumentando la resilienza e la flessibilità dei sistemi elettrici man mano che integrano quote maggiori di energie rinnovabili variabili. L’azione combinata di contatori intelligenti, machine learning e connettività potrebbero sbloccare il pieno potenziale della flessibilità sul lato della domanda che va da dagli elettrodomestici connessi e dai veicoli elettrici alle grandi utenze industriali [per approfondimenti sull’AI, consigliamo la lettura della nostra guida all’intelligenza artificiale che spiega cos’è, a cosa serve e quali sono gli esempi applicativi – ndr].
Ci sono altri modi in cui le tecnologie digitali potrebbero essere di aiuto. La blockchain e, più in generale, le distributed ledger technology hanno il potenziale per fornire sistemi di pagamento sicuri per facilitare il commercio di elettricità e la ricarica dei veicoli elettrici, e per aiutare a integrare l’energia distribuita, compreso il solare fotovoltaico sui tetti.
Sensori, machine learning e droni saranno di aiuto per rilevare le interruzioni, ripristinare il servizio e condurre la manutenzione preventiva sulle reti di trasmissione e distribuzione dell’elettricità per migliorare l’efficienza, estendere la durata dei beni e ridurre i tempi di inattività.
Non è fantascienza, ma realtà: l’esempio è la compagnia elettrica nazionale China Southern Power Grid, che ha già utilizzato queste tecnologie per ridurre il numero di interruzioni del 7,5% all’anno tra il 2015 e il 2020, aumentando al contempo la produttività del personale di manutenzione dell’8% all’anno.
Elettrificazione pulita: il ruolo della digitalizzazione per la carbon neutrality
La digitalizzazione ha un ruolo cruciale per puntare alla “elettrificazione pulita” dei trasporti, del riscaldamento degli edifici e dell’industria, potendo eliminare completamente il 73,2% delle emissioni globali, ricordano Amina Hamidi (ABB) e Philip New (Energy Systems Catapult) in un articolo apparso sul World Economic Forum, organismo che da tempo mette in rilievo l’importanza delle tecnologie digitali per la decarbonizzazione.
Gli autori ricordano come la stessa IEA ha annunciato l’elettrificazione pulita come una priorità di investimento per raggiungere lo zero netto entro il 2050. Ma per raggiungerla occorre lavorare a ottimizzarla: la rete elettrica futura sarà messa continuamente alla prova da fattori come cambiamento climatici oltre che dall’aumento della domanda di elettricità, che diverrà la forma energetica prioritaria.
I componenti della rete devono essere abbastanza robusti da resistere alle condizioni climatiche più condizioni climatiche più difficili per decenni di funzionamento. Oltre a questo, l’hardware della rete di distribuzione esistente deve essere adattato digitalmente o sostituito come necessario con nuove attrezzature abilitate al digitale.
Da qui discende l’importanza della digitalizzazione per la carbon neutrality sotto forma di tecniche e tecnologia, come messo in luce dagli stessi autori dell’articolo:
«Sensori incorporati e abilitati al cloud combinati con tecniche di Intelligenza artificiale e Machine Learning permetteranno una manutenzione predittiva continua. Questo sarà essenziale per assicurare il funzionamento affidabile di una complessa rete di distribuzione con risorse eterogenee risorse eterogenee, anche nelle condizioni più difficili»
Digitalizzazione per la carbon neutrality: il ruolo del 5G
Se è importante la digitalizzazione per la carbon neutrality, altrettanto lo è il 5G che abilita la digital transformation e ne accelera la sua diffusione e impiego. C’è chi definisce il 5G una tecnologia che aiuterà a mitigare gli effetti del cambiamento climatico. Il report da poco pubblicato da Mobile UK, l’associazione di categoria degli operatori di rete mobile del Regno Unito lo mette in chiaro fin dal titolo: “Connectivity and Climate Change: How 5G will help lay the path to net zero”.
Il 5G combina velocità e affidabilità estremamente elevate per consentire ai dispositivi digitali di comunicare tra loro istantaneamente. Le prove della tecnologia connessa al 5G in Finlandia stanno già ottenendo risultati migliori dal punto di vista ambientale. Non solo: la stessa Mobile UK ha già avuto modo di gestire il più grande banco di prova urbano 5G del Regno Unito, lavorando con i partner di tutta la regione per testare, scalare e distribuire soluzioni di prossima generazione:
«Abbiamo già iniziato a dimostrare il potenziale di connettività avanzata, dati, AI e Internet of Things per ridurre le emissioni di carbonio in settori chiave tra cui il manifatturiero e i trasporti»
I test hanno dimostrato come il 5G può ottimizzare la produzione di energia, per esempio monitorando le turbine eoliche in tempo reale per massimizzare la produttività. Inoltre è in grado di ottimizzare i flussi di rifiuti per un riciclaggio più efficiente, di raccogliere dati in tempo reale per aiutare i residenti in edifici a zero emissioni di carbonio a ridurre il loro consumo di energia.
Il 5G ha anche applicazioni più ampie con il potenziale di rendere i sistemi più puliti e affidabili, sfruttando soluzioni di trasporto intelligenti per monitorare i flussi e pedoni. La prova integrata della rete di sensori stradali svolta da Transport for West Midlands ha dimostrato che i sensori posizionati agli incroci possono ridurre le emissioni stradali di oltre il 2,5%.
Da qui emergono le stime dei benefici del 5G in vari settori. Il primo è quello dell’energia: la connettività di quinta generazione potrebbe permettere il taglio di oltre 250 milioni di emissioni di CO2 a livello globale entro il 2030, accelerando il passaggio all’energia eolica e solare. Altre ricerche hanno calcolato che i casi d’uso abilitati al 5G possono ridurre le emissioni di CO2 nell’industria dell’energia di quasi l’1% tra il 2020 e 2030, un quantitativo equivalente alla metà di tutte le emissioni del Canada nel 2018. Nel trasporto, settore responsabile del 24% delle emissioni dirette globali di anidride carbonica causate dalla combustione, il 5G e la connettività più ampia hanno il potenziale per permettere di ridurre le emissioni annuali di 6,6 – 9,3 milioni di tonnellate di CO2 equivalenti.
Come sarà possibile questo? Una prima risposta passa dall’importanza che può avere il 5G per supportare l’IoT nel raggiungere il suo pieno potenziale. Già oggi l’Internet delle Cose viene adottato per ridurre le emissioni, grazie all’impiego sotto forma di sensori che permette di raccogliere dati utili e monitorare strumenti e processi, migliorandoli. Forme più consolidate di connettività – come le reti 4G e WiFi – possono fornire la connettività per supportare alcune attività IoT, ma il cambio di passo in velocità, capacità e affidabilità dal 5G significa che può supportare un uso più intenso dei dispositivi IoT, potendo così crescere esponenzialmente in numero e richiederanno massicci trasferimenti di dati.
