Micro-reti intelligenti

Descrizione

Le micro-reti sono versioni su scala ridotta di un sistema elettrico locale centralizzato – noto anche come macro-rete – e sono dotate di funzionalità di controllo che consentono loro di funzionare in sincronia con la macro-rete locale oppure in modo autonomo. In questo senso, le micro-reti esistono ormai da decenni e alimentano siti industriali, basi militari, campus universitari e strutture critiche come gli ospedali, utilizzando principalmente sistemi di cogenerazione (CHP) alimentati a combustibili fossili e generatori a motore alternativo. Tuttavia, molte città sono ora interessate a sistemi di micro-reti in grado di integrare meglio le risorse di generazione rinnovabile e i vari carichi energetici, servire più utenti e/o rispondere a esigenze ambientali o di emergenza.

Le micro-reti possono offrire numerosi vantaggi all’ambiente, agli operatori dei servizi pubblici e ai clienti; vantaggi particolarmente importanti per le città che si impegnano a creare comunità intelligenti, sicure e vivibili con economie fiorenti. Tenendo conto delle priorità e delle sfide locali, i comuni hanno tre buoni motivi per puntare sulle micro-reti:

1. Le micro-reti contribuiscono a ridurre le emissioni di gas serra e aiutano le città a raggiungere i propri obiettivi climatici:
   • Favorendo l’integrazione e l’aggregazione delle fonti di energia rinnovabile, grazie alla loro capacità di bilanciare la produzione e il consumo di energia all’interno della micro-rete tramite generazione e accumulo distribuiti e controllabili (ad es. cogenerazione, accumulo termico o celle a combustibile).
   • Sfruttando l’energia che altrimenti andrebbe sprecata (ad esempio le perdite nella trasmissione dell’elettricità o il calore residuo della produzione energetica), grazie alla vicinanza tra il luogo in cui l’energia viene generata e quello in cui serve.
2. Le micro-reti possono rafforzare e aumentare la resilienza della rete centrale:
   • Aumentare l’affidabilità e l’efficienza dell’intero sistema, poiché aiutano a ridurre o gestire la domanda di energia alleviando al contempo la congestione della rete, grazie alla loro capacità di isolare e gestire in modo autonomo la domanda energetica locale.
   • Riducendo la vulnerabilità della rete affrontando le interruzioni di corrente imminenti e proteggendo dalle potenziali cyberattacchi alle infrastrutture energetiche.
   • Garantendo la continuità del servizio energetico durante le emergenze o i disastri naturali, soprattutto per i servizi pubblici essenziali, e aiutando la rete principale a riprendersi dalle interruzioni di sistema.
3. Le micro-reti possono servire meglio la comunità e potenziare l’economia locale:
   • Tenendo sotto controllo le tariffe elettriche grazie a una gestione della rete più efficiente ed economica, a un maggiore utilizzo dell’energia sprecata e/o a una riduzione degli investimenti in capacità energetica aggiuntiva o infrastrutture di trasmissione.
   • Favorendo la competitività dei comuni, poiché questi possono offrire bassi costi energetici e livelli elevati di affidabilità in grado di attrarre nuove imprese e posti di lavoro, soprattutto nei settori altamente sensibili alle interruzioni di corrente (ad es. centri dati, strutture di ricerca, ecc.).
   • Garantendo l’affidabilità dell’energia elettrica alle comunità isolate o difficili da servire, fornendo energia pulita, affidabile e resiliente in modo economicamente vantaggioso.
   • Rappresentare un modo ideale per integrare le risorse rinnovabili a livello di comunità e consentire la partecipazione dei clienti al settore elettrico.

Problemi da risolvere

Modello di valore

Modello di valore per un sistema di rete intelligente (BABLE, 2021)

Contesto cittadino

Le amministrazioni locali possono svolgere un ruolo chiave nel sostenere l’implementazione di micro-reti comunitarie all’interno delle reti elettriche esistenti per raggiungere obiettivi specifici di ogni città. Si tratta di un compito complesso che richiede cambiamenti istituzionali e aggiornamenti normativi. Tuttavia, i fornitori e gli sviluppatori di micro-reti rispondono ai segnali del mercato, e le politiche locali possono fare chiarezza, comunicare i livelli di priorità e ridurre le barriere all’ingresso. Inoltre, le amministrazioni locali possono coinvolgere le parti interessate e i cittadini sulle esigenze e le opportunità e persino diventare clienti delle micro-reti in specifiche iniziative responsabili del comune, come ad esempio il villaggio tedesco di Feldheim, che si autodefinisce l’unico villaggio indipendente dalla rete elettrica nel mondo sviluppato, alimentato al 100% da risorse rinnovabili. Ecco alcuni fattori chiave per garantire la diffusione delle micro-reti comunitarie:

• Creare il contesto politico giusto, combinando gli strumenti e gli incentivi adeguati per eliminare tutte le barriere normative e amministrative. Oltre ai tradizionali incentivi per le risorse energetiche distribuite, come le tariffe di riacquisto o i sistemi di net metering, altre alternative efficaci includono l’esenzione dalle tasse di autorizzazione per accelerare le procedure o la concessione di incentivi urbanistici a progetti che includono caratteristiche tipiche delle micro-reti, come lo stoccaggio di energia, la generazione di energia rinnovabile o la gestione intelligente. Allo stesso modo, è necessario aggiornare le normative che impediscono lo stoccaggio di energia in loco o precludono la proprietà degli impianti di stoccaggio da parte delle utility.
• Infrastrutture tecnologiche che consentano lo sviluppo futuro delle micro-reti, come l’installazione di contatori intelligenti o la copertura delle infrastrutture di connettività.
• Il coinvolgimento e la motivazione della comunità per aumentare il valore sociale dell’implementazione e della gestione della micro-rete all’interno della comunità, e di conseguenza aumentare l’accettazione sociale.
• L’atteggiamento e il livello di impegno delle aziende elettriche locali influenzanonotevolmente lo sviluppo delle micro-reti comunitarie. Storicamente, la resistenza da parte delle aziende elettriche ha ostacolato l’implementazione delle micro-reti comunitarie, ma di recente alcune di esse hanno iniziato a perseguire questi progetti in modo proattivo. C’è una spinta da parte della Commissione Europea affinché le aziende elettriche aumentino il livello di attività nello sviluppo di infrastrutture elettriche non tradizionali, il che potrebbe migliorare le condizioni per lo sviluppo delle micro-reti comunitarie.
• I vincoli ambientali, come l’area di influenza, la disponibilità di spazio, le fonti di energia rinnovabile e altre risorse locali, oltre alla densità energetica dell’area.

Fattori di supporto

1. Creare un contesto politico favorevole.
2. Consentire lo scambio locale di energia tra la generazione distribuita e il flusso bidirezionale di energia.
3. Regole chiare e trasparenti per l’interconnessione con la rete principale.
4. Disponibilità di mercati energetici locali.
5. Garantire efficienza economica e redditività quando la sicurezza dell'approvvigionamento energetico non è un problema.
6. Sostenere modelli di business sostenibili e la condivisione dei benefici per far fronte agli elevati costi di capitale.
7. Creare modelli di governance adeguati per le iniziative guidate dalla comunità.
8. Garantire il coinvolgimento delle parti interessate per massimizzare il valore sociale.
9. Garantire la protezione dei dati e delle comunicazioni.
10. Implementare tecnologie di stoccaggio adeguate e di dimensioni appropriate.
11. Integrare meglio i sistemi di gestione energetica e quelli aziendali.
12. Migliorare l’usabilità delle interfacce con i residenti della comunità per garantire trasparenza e promuovere comportamenti efficienti dal punto di vista energetico.

Iniziative del governo

Nei paesi europei, la realizzazione di sistemi energetici locali è sostenuta da numerose iniziative e politiche a livello europeo o nazionale, dove molti progetti di ricerca e sviluppo, che beneficiano di finanziamenti nazionali o europei, si concentrano su reti intelligenti, efficienza energetica, integrazione delle risorse rinnovabili distribuite, gestione intelligente delle reti e molto altro ancora.

Nel contesto delle politiche dell’UE, i fattori trainanti di questi progetti includono la crescente congestione della rete e l’aumento della domanda energetica, il cambiamento climatico, l’esaurimento dei combustibili fossili, l’invecchiamento delle infrastrutture della rete elettrica e il mercato interno europeo dell’energia; tutti questi fattori che spingono verso l’implementazione di sistemi energetici locali traggono ispirazione dall’ultimo pacchetto clima-energia dell’UE “Energia pulita per tutti gli europei” e, ora, dal nuovo Green Deal europeo.

Un’iniziativa degna di nota è l’istituzione della Smart Grid Task Force (SGTF) nell’ambito del terzo pacchetto energetico dell’UE del 2009, con il compito di fornire consulenza su politiche e normative relative alla diffusione delle reti intelligenti. Ad esempio, nell’ambito dello sviluppo di uno standard comune per le reti intelligenti europee, la Commissione Europea ha affidato diversi mandati agli organismi europei di normazione (ESO) con l’obiettivo di definire standard per l’interoperabilità dei contatori intelligenti, standard di ricarica per i veicoli elettrici e livelli elevati di servizi e operazioni delle reti intelligenti.

L'UE sta attualmente invitando i paesi membri ad aggiornare le normative sui mercati dell'elettricità e sulle energie rinnovabili per consentire alle comunità di fungere da aggregatori di produzione rinnovabile, carichi flessibili e servizi di accumulo per la rete nel suo complesso, aprendo la strada alle micro-reti comunitarie.

Mappatura degli stakeholder

Mappa delle parti interessate per un sistema di rete intelligente (BABLE, 2021)

Potenziale di mercato

Lo sviluppo delle micro-reti fa parte di una tendenza più ampia verso la digitalizzazione, la decentralizzazione e la decarbonizzazione del settore energetico. A livello globale, il mercato in crescita dei sistemi energetici locali è una risposta alle preoccupazioni ambientali, alla mancanza di infrastrutture di rete solide e di affidabilità dell’approvvigionamento energetico, all’aumento dei prezzi dell’energia e a una combinazione di pressioni normative e incentivi. Di conseguenza, si prevede che il mercato delle micro-reti crescerà rapidamente nei prossimi 10 anni.

Capacità energetica totale annua delle micro-reti e spesa per la loro implementazione per regione, mercati mondiali: 2020-2029 (Guidehouse Insights)

Nonostante sia considerata un leader globale nella transizione verso un futuro energetico a basse emissioni di carbonio, l’Europa rappresenta solo il 9% del mercato globale delle micro-reti. La spiegazione più immediata è che la stragrande maggioranza della capacità installata delle micro-reti in Europa si trova su isole remote non collegate alla rete continentale. Tuttavia, uno sguardo più attento a come i mercati dell’UE siano strettamente interconnessi e regolamentati mostra un modello ben definito che pone gravi limiti allo sviluppo delle micro-reti (secondo Navigant Research): (1) l’Europa si è concentrata sull’implementazione su larga scala delle energie rinnovabili, come l’eolico offshore, che richiede ingenti investimenti nelle infrastrutture di trasmissione; (2) La diffusione delle risorse energetiche distribuite (DER) si è basata principalmente sulle tariffe di riacquisto, un modello di business che preclude la caratteristica fondamentale di una micro-rete, ovvero l’isolamento; (3) I metodi preferiti per affrontare la variabilità delle energie rinnovabili e aumentare l’affidabilità dell’energia puntano sul commercio transfrontaliero e non sulle micro-reti localizzate

In definitiva, l’avanzata integrazione del mercato europeo sta spostando l’attenzione dalle micro-reti ai VPP. Infatti, l’Europa è all’avanguardia nell’adozione di piattaforme VPP con funzionalità sofisticate che consentono l’integrazione delle energie rinnovabili e lo scambio di energia in tempo reale per massimizzare il valore delle risorse di flessibilità, aprendo al contempo la strada a nuovi flussi di valore per creare mercati per i servizi ausiliari.

Modelli operativi

Fino a poco tempo fa, il modello di business delle micro-reti rappresentava un ostacolo per molte organizzazioni, visti i costi elevati degli investimenti e gli alti rischi finanziari legati alla loro realizzazione e implementazione. Ora, nuovi meccanismi di finanziamento e gestione stanno riducendo gli ostacoli per le organizzazioni e le comunità, permettendo a un numero maggiore di micro-reti – e quindi alla transizione energetica sostenibile – di diventare realtà.

Modello operativo per un sistema di micro-rete intelligente (BABLE, 2021)

Requisiti legali

Visto che nell’Unione Europea non ci sono norme specifiche per le micro-reti, bisogna prima definire i principali ambiti normativi che le riguardano e collegare le direttive europee esistenti a questi ambiti. Gli ambiti normativi rilevanti per le micro-reti e le relative direttive sono:

Energie rinnovabili: si considerano le unità di generazione da fonti rinnovabili all’interno della micro-rete, comprese le misure che favoriscono l’integrazione delle energie rinnovabili, l’efficienza energetica e la decarbonizzazione.

Normativa sulle energie rinnovabili (BABLE, 2021)

Allacciamento alla rete: riguarda i requisiti di allacciamento alla rete di distribuzione per carichi, unità di generazione e dispositivi di accumulo di energia.

Normativa sulla connessione alla rete (BABLE, 2021)

Autoconsumo e accumulo di energia: condizioni per l’immissione in rete dell’eccedenza di produzione, possibilità di utilizzare sistemi di accumulo, ecc.

Normativa sull’autoconsumo e lo stoccaggio di energia (BABLE, 2021)

Tutto sommato, il numero di norme che si applicano direttamente alle micro-reti nell’UE è basso, il che aumenta anche le differenze tra le normative sulle micro-reti nei singoli Stati membri. Tuttavia, l’impatto di alcune normative, come la 2009/28/CE che promuove le energie rinnovabili, è notevole. Per rispettare gli obiettivi delle direttive europee relative alle micro-reti, gli Stati membri hanno messo in atto strategie basate su incentivi economici. Il regime di sostegno più diffuso nell’UE si basa sulle tariffe di riacquisto (FIT); tuttavia, esistono altri incentivi rilevanti come i premi di mercato, i certificati verdi e le gare d’appalto tradizionali.

Dati e standard

Dati e standard per un sistema di micro-rete intelligente (BABLE, 2021)