Dalla A alla Z delle reti intelligenti - un glossario
Una rete intelligente è una rete elettrica che si differenzia dalla rete tradizionale perché è costruita su una tecnologia digitale in grado di distribuire l'elettricità agli utenti attraverso una piattaforma o rete digitale bidirezionale.
Quando si parla di smart grid, il linguaggio tecnico ad esse associato non passa mai inosservato. Purtroppo, però, molte di queste parole risultano spesso estranee a chi non ha familiarità con la terminologia dell'elettricità e delle smart grid.
Di seguito una guida che contiene gli aspetti essenziali del mondo dell'energia, in particolare le parti dedicate alla discussione sulle reti intelligenti.
Infrastruttura di misurazione avanzata (AMI)
L'AMI è il substrato su cui funziona una smart grid. Si tratta di una rete unificata di contatori intelligenti, sistemi di gestione dei dati e sistemi di comunicazione che consente un'interazione bidirezionale tra le aziende e i consumatori di energia.
La rete offre diverse funzioni essenziali, come la misurazione automatica e a distanza del consumo di elettricità, la connessione e la disconnessione a distanza del servizio, il rilevamento dei guasti, l'identificazione e l'isolamento delle interruzioni e il monitoraggio della tensione.
Quando l'AMI è sinergizzata con la tecnologia domestica, come l'Internet delle cose, può autorizzare le aziende di servizi pubblici a fornire tariffe e incentivi basati sul tempo che inducono i consumatori a gestire i picchi di domanda e a ridurre significativamente il consumo di energia.
Lettura automatica dei contatori (AMR)
AMR è la tecnologia responsabile del coordinamento della raccolta dei dati relativi al consumo di elettricità, alla diagnosi e alle condizioni.
Con AMR, i dati non vengono solo raccolti ma anche trasferiti a un database principale per l'emissione di bollette, la risoluzione di guasti alla rete e l'analisi dei dati raccolti per scopi futuri.
L'AMR aiuta le utility a ricevere avvisi immediati in caso di manomissione dei contatori di energia, riducendo il lavoro e le spese umane ed eliminando le perdite che possono derivare da errori manuali.
Domanda
La domanda è la quantità di elettricità fornita ai consumatori in un determinato momento. Si differenzia dalla domanda media in quanto la domanda media è una rappresentazione stimata della quantità di elettricità che una determinata area geografica consuma tipicamente in un determinato periodo di tempo, mentre la domanda è semplicemente una misura della quantità totale di elettricità consumata in tempo reale.
Domanda media
La domanda media è la domanda di elettricità di una determinata area geografica in un certo periodo. Si calcola dividendo per 24 la quantità di elettricità consumata in chilowattora (kWh) nelle 24 ore.
I dati sulla domanda media sono uno strumento necessario per stimare la quantità di elettricità da fornire a specifiche regioni geografiche durante i picchi di domanda.
Picco di domanda
Il picco di domanda è la quantità massima di elettricità consumata in un periodo di 15 o 30 minuti in un mese. Le reti intelligenti sono interconnesse con i contatori intelligenti che alimentano, il che facilita il monitoraggio della trasmissione e la raccolta dei dati.
Supponiamo che in passato abbiate richiesto poca o nessuna energia elettrica alla rete, il che vale per tutte le altre abitazioni servite dalla stessa azienda. Se un giorno decidete di utilizzare tutti gli elettrodomestici della vostra casa, la domanda sale a un livello record per quel mese. Questo picco improvviso (il picco di domanda) tende a sconvolgere la rete. L'azienda elettrica lavorerà con questo picco di domanda nella sua fornitura di elettricità per evitare ulteriori picchi.
Bilanciamento tra domanda e offerta
Quando ai consumatori di energia elettrica viene offerta l'opportunità di contribuire alla rete per sostenere la gestione della rete e bilanciare la domanda e l'offerta, il programma si chiama programma di risposta alla domanda.
Con un programma di risposta alla domanda, i consumatori svolgono un ruolo importante nella gestione delle reti intelligenti, regolando il loro consumo di elettricità durante le ore di punta in risposta ai prezzi basati sul tempo. Questo adeguamento, a sua volta, riduce i costi delle utility sia all'ingrosso che al dettaglio.
La risposta alla domanda può essere ottenuta attraverso la tariffazione a tempo, la tariffazione in tempo reale, la tariffazione a picco variabile, gli sconti per i picchi critici e la gestione remota degli elettrodomestici da parte delle aziende.
Prezzi dinamici
La tariffazione dinamica è stata introdotta per combattere l'iniquità determinata dalla tariffazione flat. La fatturazione forfettaria o fissa dell'elettricità è statica, indipendentemente dal consumo di elettricità da parte del consumatore. La tariffazione dinamica elimina anche il problema della fatturazione più alta ai consumatori durante le ore di picco della domanda, indipendentemente dal fatto che utilizzino o meno l'elettricità.
Sono tre i piani comuni ad esso associati:
Prezzi in tempo reale - che offrono prezzi a intervalli brevi, tipicamente orari, in modo che i consumatori possano spostare le attività ad alto consumo energetico quando le tariffe sono più convenienti.
Sconto per i picchi critici - paga i consumatori per l'elettricità restituita alla rete durante le ore di punta.
Tariffazione in base al tempo di utilizzo - segmenta la giornata in intervalli più lunghi con prezzi fissi per un lungo periodo.
Automazione distribuita (DA)
Il DA viene utilizzato per gestire, monitorare e controllare la distribuzione di energia elettrica dalle reti intelligenti attraverso avvisi operativi in tempo reale relativi a più parti della rete, come rilevatori di guasti, interruttori, regolatori di tensione, ecc.
Generazione distribuita (DG)
La DG è l'idea centrale dei sistemi di rete decentralizzati. Si riferisce a una serie di tecnologie, come i pannelli solari fotovoltaici, la cogenerazione di energia e calore (CPH) e le turbine eoliche, che generano elettricità vicino al luogo di consumo.
La DG può essere impiegata per applicazioni di ampio respiro, indipendentemente dalle dimensioni. Ad esempio, può essere utilizzata per uno scopo singolo, come un edificio o per strutture più grandi, come uno stabilimento industriale. Le DG possono anche essere integrate in microgriglie collegate alla rete principale.
Sistema di distribuzione (DS)
Una DS è una parte di un sistema elettrico responsabile della distribuzione dell'elettricità ai consumatori per l'uso finale. In genere, i consumatori di elettricità non hanno stazioni di energia installate nei loro luoghi di consumo. Il sistema di distribuzione trasporta invece l'elettricità dai sistemi di trasmissione e dalle sottostazioni al consumatore.
Un tipico sistema di distribuzione comprende una sottostazione di distribuzione, alimentatori, trasformatori di distribuzione, un distributore e una rete di distribuzione.
Veicoli elettrici (EV)
A differenza dei veicoli con motore a combustione interna (ICEV), i veicoli elettrici funzionano con batterie che non richiedono combustibili fossili per il loro funzionamento e contribuiscono in misura minore alle emissioni zero di carbonio.
I tre principali tipi di veicoli elettrici sono:
Veicoli elettrici a batteria (BEV)- utilizzano corrente puramente elettrica e sono ricaricabili presso i punti di ricarica EV, e
Veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV)- utilizzano la reazione dell'idrogeno per funzionare, ma rilasciano solo vapore acqueo come sottoprodotto.
Veicoli elettrici ibridi plug-in (PHEV) - che funzionano con la dualità delle batterie ricaricabili come nei BEV e con la benzina come nei veicoli con motore a combustione interna (ICEV).
I veicoli elettrici contribuiscono alla rete attraverso la ricarica V2G e la ricarica intelligente.
Utilità elettrica
L'azienda elettrica che genera e distribuisce elettricità per la vendita ai consumatori finali.
Comunità dell'energia
Una comunità energetica comprende prosumer che condividono e consumano energia rinnovabile prodotta localmente. Si tratta essenzialmente di un'unità tra molte unità che sono interconnesse attraverso varie reti e collegate collettivamente alla rete.
Le comunità energetiche facilitano la sostenibilità della rete perché il lavoro svolto dalla rete è ora suddiviso da più microgrid che si assumono le proprie responsabilità. Una comunità energetica può essere gestita efficacemente dagli operatori dei servizi di distribuzione e dalle società di servizi energetici utilizzando un software di gestione delle comunità energetiche.
Tariffa di alimentazione (FIT)
Il FIT è uno degli strumenti politici creati per favorire la promozione delle fonti di energia rinnovabile e i relativi investimenti. Di solito si tratta di generazione distribuita, in cui singoli individui o un piccolo gruppo di persone generano da soli la propria energia rinnovabile.
I FITs prevedono tipicamente un sostegno a questi gruppi di consumatori che generano la loro elettricità rinnovabile e richiedono contratti a lungo termine, di solito tra i 15 e i 20 anni.
Kilowattora (kWh)
Il chilowattora è un'unità di misura standard che registra la quantità di energia richiesta o consumata. È semplicemente la quantità di energia dissipata se si tiene acceso un apparecchio da 1 kW per un'ora.
Si differenzia dal chilowatt perché il chilowatt è semplicemente 1.000 watt, una misura di potenza.
Carico
Il carico è la quantità di energia che una stazione di trasmissione fornisce per soddisfare queste richieste di energia.
Fattore di carico
Il fattore di carico misura l'efficienza dell'utilizzo dell'energia elettrica o il tasso di utilizzo. Ci dice quanta parte dell'energia fornita viene effettivamente utilizzata. Per ottenere il fattore di carico di una determinata comunità in un determinato periodo, la prima cosa da fare è ottenere la fornitura media di energia elettrica alla suddetta comunità e dividerla per la domanda di picco nello stesso periodo.
Gestione del carico
La gestione del carico è un sottoinsieme della risposta alla domanda. È il processo con cui le aziende di servizi pubblici cercano di regolare le loro curve di carico giornaliere, mensili o annuali, manipolando la domanda per ottenere il funzionamento economico più vantaggioso.
Quando le aziende di servizi pubblici manipolano la domanda, riducono i picchi di domanda attraverso la risposta alla domanda e gli sconti.
Azienda elettrica comunale
A volte l'elettricità è inaccessibile alle popolazioni delle comunità rurali o locali a causa della loro lontananza. Per risolvere questo problema esistono le aziende elettriche municipali. Si tratta di aziende di proprietà, gestite e amministrate dal governo locale.
Lettura dei contatori fuori sede (OMR)
Conosciuto anche come lettura remota dei contatori, l'OMR è un metodo che impiega l'uso di terminali palmari dotati di radio per effettuare letture a distanza di contatori elettrici o intelligenti dotati di modulo. Con l'OMR, i dati del contatore possono essere recuperati spostandosi entro un raggio dal contatore da cui è necessario ottenere le informazioni.
Segnali a radiofrequenza (segnali RF)
I segnali RF o le emissioni RF sono l'energia associata alle onde elettromagnetiche. Sono emessi da vari dispositivi di uso quotidiano come telefoni, computer, forni a microonde e contatori intelligenti.
I contatori intelligenti utilizzano una radio a bassa potenza a 900MHz per comunicare e in genere hanno una radio a 2,4GHz che non viene mai utilizzata per le comunicazioni di rete.
Relè
Il relè di protezione della rete o relè di protezione della rete è un dispositivo utilizzato per il controllo della qualità dell'energia. Funge da porta d'ingresso tra la fonte di energia e la rete, filtrando solo la qualità e la quantità di elettricità adatta alla rete.
Un componente importante dei relè è l'anti-islanding. L'anti-islanding è un tipo di protezione per le fonti di energia rinnovabile come i pannelli solari fotovoltaici e le turbine eoliche collegate alla rete. Protegge sia il personale che le apparecchiature scollegando l'alimentazione di queste fonti dalla rete in caso di blackout.
Energia rinnovabile
L'energia rinnovabile, nota anche come energia pulita o energia verde, è semplicemente l'energia generata da fonti naturali che possono essere facilmente reintegrate con emissioni di carbonio minime o nulle.
Le fonti di energia rinnovabile, dette anche rinnovabili, sono gli elementi da cui viene generata questa energia e comprendono:
- Solare- è l'energia generata dal sole attraverso i pannelli solari fotovoltaici.
- Energia eolica - energia generata dal vento tramite turbine eoliche.
- Energia idroelettrica: energia generata dalle correnti d'acqua attraverso turbine installate nelle dighe.
- Energia di marea: energia sfruttata dalle maree oceaniche.
- Energia da biomassa: è prodotta da entità organiche come gli esseri viventi e quelli un tempo viventi.
- Energia geotermica: si ottiene dal calore nascosto nella terra.
Standard di portafoglio per le energie rinnovabili (REPS)
Il REPS è un obbligo normativo imposto agli Stati per incentivare la promozione delle energie rinnovabili. Questo include il mandato dato alle società di fornitura di energia elettrica di generare determinate frazioni di elettricità da fonti rinnovabili.
Blackout continui
Esistono casi in cui per le aziende di servizi pubblici è difficile o impossibile mantenere un sano equilibrio tra domanda e offerta. In questi casi, la domanda supera l'offerta, mettendo a rischio di guasto la rete e ogni altra apparecchiatura.
Per prevenire questo evento, le aziende di servizi pubblici eliminano l'elettricità in un processo chiamato "rolling blackout". Questo processo consiste nel tagliare lentamente la fornitura di elettricità da alcune regioni fino a quando non viene ripristinato l'equilibrio sulla rete. Oltre a prevenire il collasso della rete, questo metodo aiuta anche a preservare la fornitura a destinazioni sensibili come gli ospedali.
Contatore intelligente
Un contatore intelligente è un dispositivo di misurazione elettrica che registra i dati necessari per il consumo di energia elettrica e li invia all'azienda elettrica tramite comunicazione remota. In genere, un contatore intelligente interagisce con l'azienda elettrica corrispondente ogni 15 minuti o un'ora.
Il contatore intelligente può anche inviare automaticamente le informazioni relative a interruzioni di corrente, blackout e guasti all'azienda elettrica per una risposta rapida.
L'Internet degli oggetti (IoT)
L'IoT si riferisce in generale a dispositivi con sensori incorporati in grado di elaborare informazioni per interagire in modo fluido con altri dispositivi simili attraverso una rete di comunicazione reciproca.
Un forno a microonde in cucina che comunica con un dispositivo mobile nella camera da letto dello stesso edificio per avvisare l'occupante della presenza di cibo bruciato è un buon esempio di IoT in azione.
Questi dispositivi possono comunicare con una smart grid in modo efficace come i contatori intelligenti, trasmettere informazioni rilevanti e riceverne di ritorno.
Rete locale senza fili (WLAN)
Una WLAN è un mezzo di distribuzione wireless tra più dispositivi. Con la WLAN, gli utenti non devono essere statici, ma possono spostarsi mantenendo una connessione di rete costante.
I dispositivi che si collegano a una WLAN si dividono in due categorie:
- Access Point (AP) - che in genere funzionano come router e possono trasmettere e ricevere segnali in radiofrequenza ad altri dispositivi simili.
- I client, che comprendono dispositivi come i telefoni cellulari.
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