IoT per l’energy management: ricerca e industria UE gettano le basi per smart building e smart grid

La gestione dell’energia dovrà passare attraverso un impiego massiccio della tecnologia e dell’innovazione per rendere intelligenti reti ed edifici. Su questo punta il progetto europeo InterConnect.

TAKEAWAY

  • L’IoT può contribuire ad abilitare modelli intelligenti riguardanti l’ambito domestico, interi edifici e reti elettriche: smart home, smart building e smart grid.
  • Su questo obiettivo è nato il progetto UE InterConnect, che vuole sviluppare e dimostrare soluzioni avanzate per la connessione e la convergenza di case ed edifici digitali con il settore elettrico.
  • Al progetto collaborano 50 partner e si lavora per creare esempi pratici sotto forma di sette casi pilota, uno dei quali in Italia.

Il prossimo futuro sarà caratterizzato dall’impiego dell’IoT per l’energy management in maniera ancora più diffusa di quanto si fa oggi.

Nelle soluzioni di smart metering, come i contatori intelligenti di luce e gas, si fa già largo uso di Internet of Things. Ma in un domani nemmeno tanto lontano la gestione dell’energia conoscerà una complessità ancora più sensibile. Si pensi, per esempio, alla produzione di energia da fotovoltaico, non solo dai grandi impianti quanto dagli impianti residenziali. Solo in Italia se ne contano più di 880mila (dati 2020 GSE).

La produzione da rinnovabili comporta, specie con solare ed eolico, picchi di produzione intermittenti, per cause naturali. Ma il loro impiego sarà progressivamente aumentato, come richiedono gli obiettivi posti dall’Unione Europea e non solo. 

Come fare allora ad abilitare modelli intelligenti che riguardino l’ambito domestico, ma anche interi edifici (smart building) e creare i presupposti per una rete elettrica altrettanto intelligente (smart grid)?

In Europa una risposta la sta cercando di fornire InterConnect, progetto approvato dalla Commissione europea nell’ambito del programma Horizon 2020 e che ha ottenuto un contributo UE di quasi 30 milioni di euro.

InterConnect aggrega 50 partner europei per sviluppare soluzioni avanzate per la connessione e la convergenza di case ed edifici digitali con il settore elettrico. Tra di essi vi sono molte aziende, ma anche centri di ricerca e università tra le quali Politecnico di Milano e RSE – Ricerca Sistema Energetico, ente di ricerca diretto e coordinato da GSE, Gestore Servizi Energetici.

Il progetto intende creare le basi per il futuro delle soluzioni di smart energy. Detto così pare astratto: ma l’obiettivo principale è assai concreto. Si vogliono porre le condizioni concrete per portare la gestione efficiente dell’energia alla portata degli utenti finali. Per far questo si è voluto partire dalla progettazione e realizzazione di sette casi pilota collegati su larga scala in Italia, Belgio, Francia, Germania, Grecia, Portogallo e Paesi Bassi. 

IoT per l’energy management: il ruolo di intelligenza artificiale e blockchain 

Le soluzioni sviluppate nell’ambito di InterConnect permetteranno una digitalizzazione delle case, degli edifici e delle reti elettriche basate su un’architettura Internet of Things. Tradotto in termini: soluzioni IoT per l’energy management abiliteranno la nascita di smart building e smart grid oltre a essere intimamente connesse alla smart home.

Per riuscire in questo, saranno impiegate tecniche che fanno capo all’ambito di studi dell’Intelligenza artificiale, ma anche Blockchain, Cloud e Big Data basate su standard aperti, come il SAREF. Tale acronimo sta per Smart Appliances REFerence: un modello condiviso di consenso che facilita la corrispondenza delle risorse esistenti (sotto forma di standard, protocolli, modelli dei dati) nell’ambito degli elettrodomestici intelligenti.

Grazie all’impiego di queste tecniche e soluzioni tecnologiche si garantirà l’interoperabilità tra apparecchiature e sistemi e sarà tutelata la privacy dei dati degli utenti nonché la cybersecurity. In particolare come potrebbero entrare in gioco AI e Blockchain?

«L’Intelligenza Artificiale potrebbe venire utilizzata, per esempio, per svolgere previsioni riguardanti la produzione energetica. Nel caso specifico, mediante l’impiego di tecniche di Deep Learning, e l’adozione di reti neurali si possono svolgere analisi più accurate anche riguardante la previsione di utilizzo degli elettrodomestici e stimare i comportamenti dell’utente» osserva Renato Urban, referente del progetto InterConnect per conto di RSE e membro del Dipartimento Sviluppo Sistemi Energetici dello stesso ente [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].

Servirà quindi addestrare la rete, con una base dati ottimale, a livello qualitativo e quantitativo. «In questo senso si avrà bisogno di serie storiche di dati, per valutare la gestione energetica nel ciclo annuale e i comportamenti singoli».

La tecnologia blockchain sarebbe efficace a livello di utenze domestiche sotto due aspetti: da una parte la possibilità di gestire i contratti come smart contract, favorendo condizioni di trasparenza e tracciabilità, tra utente e aggregatore. Quest’ultimo permette alle UVAM (unità virtuali abilitate miste) con una dimensione minima di 1 MW di partecipare al mercato MSD che garantisce in Italia un sistema stabile di approvvigionamento dell’energia elettrica attraverso la predisposizione di riserve di potenza. L’altro impiego possibile della blockchain riguarda la certificazione degli scambi di energia tra i vari utenti e tra essi e l’aggregatore. Sempre più spesso si sente parlare di comunità energetiche e autoconsumo collettivo: in quest’ultimo caso si tratta di una pratica che permette di ottimizzare produzione e consumo energetico in uno stesso condominio o nello stesso edificio. Mediante blockchain sarà possibile certificare lo scambio energetico.

IoT per l’energy management: InterConnect, cos’è e quali sono gli obiettivi 

InterConnect sarà condotto sulla base di un piano di lavoro quadriennale, strutturato in undici work package: l’intento è stabilire architetture, componenti e interfacce che possano permettere e agevolare scambi di informazioni e creare le condizioni ideali per supportare soluzioni interoperabili basate sull’IoT per l’energy management, nonché componenti interoperabili per smart home, smart building e smart grid.

Dall’avvio del progetto e a partire dal 2020, saranno lanciati tre bandi per selezionare 42 progetti innovativi bottom-up, 14 prototipi e 28 dimostratori in piccola scala. Uno dei casi pilota si avvieranno prossimamente in Italia. In particolare a nord di Milano. Protagonista i residenti attivi nel complesso di edifici che fanno parte di Moneta, un progetto di housing sociale.

Obiettivo del caso pilota italiano è testare e dimostrare un sistema di gestione dell’energia (HEMS) interoperabile (conforme al SAREF) per condomini nonché garantire l’interoperabilità e lo scambio di dati tra sistemi e dispositivi attraverso una specifica app messa a punto dal coordinatore del pilota: Planet Idea, competence center di Planet Smart City. La sperimentazione coinvolgerà più di 200 appartamenti singoli.

Il progetto pilota in Italia: si gettano le basi per casi applicativi di smart building e smart grid

Partner del progetto pilota di impiego dell’IoT per l’energy management, oltre a Planet Smart City, sono RSE e Whirpool. Ricerca sul Sistema Energetico, in particolare, si occupa di emulare/simulare il comportamento di un DSO (Distribution System Operator), ente che sovrintende alla gestione delle reti che permettono la distribuzione dell’energia verso i consumatori e che ospitano impianti di generazione distribuita.

«In pratica la società gestisce la flessibilità energetica, fornita attraverso l’impiego di dispositivi intelligenti, nella fattispecie lavatrici connesse. Tutto avviene tramite una comunicazione cloud to cloud tra RSE – che richiede l’attivazione del servizio di flessibilità – e Planet Smart City, che agisce come aggregatore. Quest’ultimo è a conoscenza delle previsioni di consumo e del carico corrispondente ed è in grado di operare, inviando segnali ai dispositivi intelligenti sottostanti tramite comunicazione cloud-to-cloud con Whirlpool, produttrice delle lavatrici, per venire incontro alla richiesta di flessibilità» spiega Renato Urban.

Qui entra in gioco l’IoT, sotto forma di dispositivi (nel caso specifico, lavatrici connesse) in grado di comunicare il profilo di consumo stimato in funzione del ciclo impostato. Quindi, sia a bordo dell’elettrodomestico sia mediante un’app è possibile programmare il ciclo di funzionamento e quando verrà eseguito. La “lavatrice smart” restituisce all’aggregatore il consumo energetico dell’intero ciclo con un dettaglio temporale assai accurato.

Così è possibile ricostruire il profilo di consumo della lavatrice, aggregandolo con tutti quelli degli altri elettrodomestici: «stimiamo di arrivare a gestire il profilo di consumo del dispositivo intelligente di un centinaio di utenti, comprendere le preferenze e cercare di ottimizzare l’assorbimento energetico e sfruttare i picchi di produzione da fotovoltaico per soddisfare al meglio le esigenze con fonti rinnovabili» sottolinea Urban.

L’importanza del progetto pilota è anche quella di mettere in atto un’applicazione in ottica smart grid: per l’utente finale “rete intelligente” potrà significare la partecipazione in modo attivo alla gestione della rete nel senso che possono usare le risorse per fornire servizi alla stessa, sotto forma, per esempio, di partecipazione al Mercato Servizi di Dispacciamento (MSD) oppure organizzandosi sotto forma di Comunità energetiche in modo da minimizzare l’impatto di tutto l’aggregato degli utenti verso la stessa rete e quando l’eccesso di produzione energetica viene immesso nella “grid”, mediante controllori di aggregato, è possibile che questo picco venga debitamente riassorbito da altre utenze.

L’edificio intelligente: il ruolo delle fonti rinnovabili e dell’emobility

L’IoT per l’energy management favorisce le condizioni per la riprogrammazione da remoto dei cicli di funzionamento di ogni elettrodomestico. In particolare, lavatrice, lavastoviglie e forno rappresentano quelli più energivori: poterli gestire in maniera intelligente, mediante una sorta di “cabina di regia” virtuale, come propone il progetto pilota milanese, significa interconnettersi direttamente con le tecnologie.

L’utente è così sgravato dalla necessità di doversi preoccupare di avviare il funzionamento sulla base delle condizioni ottimali di gestione energetica, ma tenendo anche conto delle preferenze orarie dell’end user. Il passaggio ancor più completo è l’adozione di soluzioni di energy storage, l’evoluzione verso cui si sta andando e si andrà ancor più nel prossimo futuro. 

Intanto, a Milano si gettano le basi anche per l’applicazione di alcuni aspetti basilari degli smart building: «se consideriamo l’edificio intelligente sotto forma dell’automazione, allora possiamo parlare di smart building, considerando la gestione dei carichi energetici e la loro sincronizzazione in ogni edificio» segnala Urban.

Non solo: a rendere ancora più intelligente l’edificio provvede anche la mobilità elettrica. Le auto elettriche un domani non troppo lontano saranno anche loro vettori energetici in grado non solo di consumare energia ma anche di immetterla in rete, quando necessario. Stiamo parlando del Vehicle-to-Grid (V2G), possibilità che fornirà vantaggi alla collettività e rendendo ancor più smart la rete elettrica.

L’emobility è uno degli elementi presenti in diversi casi pilota in Europa. Non per caso: l’Europa ha disposto che dal 2035 si venderanno solo auto a emissioni zero. Sarà questo il punto di svolta verso la mobilità elettrica. Ma è già oggi che vanno poste le basi del cambiamento ed è su questo che lavora il progetto InterConnect.

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Andrea Ballocchi
Giornalista specializzato in tecnologia, focalizzato su temi che riguardano l'Internet of Things e le tecnologie emergenti che hanno un impatto significativo sulla vita quotidiana e su quella futura. Oltre alla tecnologia si occupa anche di temi legati alla sostenibilità ambientale e non solo (edilizia, architettura, design...)
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