Nello scenario internazionale si va sempre più affermando il concetto di gestione multi-utility, ovvero di una stretta sinergia ed integrazione tra le diverse infrastrutture a rete di distribuzione (e.g. elettricità, gas, acqua, energia termica, …) oltre a quelle di telecomunicazione. In questa convergenza lo smart metering occupa un ruolo primario, in quanto consente di utilizzare ed integrare in tempo reale le informazioni fondamentali per un efficiente esercizio delle reti. Gli smart meter sono strumenti che misurano e possono trasmettere in tempo reale i consumi (energia elettrica, termica, gas, acqua), interagendo in modo bidirezionale anche nelle funzioni di erogazione. In realtà gli smart meter rappresentano molto di più della possibilità di misurare in tempo reale perché aprono la strada ad un prossimo futuro di sistemi elaborativi e di controllo che interfacciano altri sensori per:
- la semplice visualizzazione in tempo reale dei propri consumi
- la post-elaborazione via web dei propri consumi e diagnosi, benchmarking
- la gestione ed attuazione in tempo reale delle smart home, smartgrid, smart city.
Un impulso fondamentale allo sviluppo di sistemi di misurazione intelligenti e, di conseguenza, all’individuazione della possibilità di gestione integrata è stato dato dalle Direttive europee emanate negli ultimi anni. Già nel lontano 2006, la Direttiva sull’efficienza energetica 2006/32/CE individuava tra gli strumenti per migliorare l’efficienza energetica l’impiego diffuso di sistemi di misurazione intelligenti. Successivamente, nel 2009, con il Terzo pacchetto energia, in particolare con la Direttive 2009/73/CE per il gas e 2009/72/CE per l’energia elettrica, si individuano tra le misure a tutela dei consumatori l’obbligo per gli Stati Membri di assicurare l’adozione di sistemi di misura intelligenti che consentano agli utenti una effettiva partecipazione al mercato dell’energia. Nella recente 2012/27/UE, nuova versione delle Direttiva europea sull’efficienza energetica, viene poi ribadita l’importanza dell’impiego di smart meter.
L’Italia è in una situazione di apparente vantaggio in Europa per aver anticipato le installazioni di misuratori intelligenti con circa 37 milioni di contatori elettrici già installati e circa 15 milioni di contatori del gas da installare entro il 2018 – e fa parte dei cosiddetti dynamic moovers ovvero di quei paesi europei che sono caratterizzati da un chiaro percorso verso una piena implementazione di misuratori intelligenti, dove il piano di roll-out è già definito, o ci sono importanti progetti pilota per gettare le basi di una successiva decisione. Oltre all’Italia, fanno parte di questo gruppo: Estonia, Finlandia, Francia, Italia, Malta, Olanda, Norvegia, Portogallo, Spagna, Grecia, Svezia (European Smart Metering Landscape Report, 2012, www.smartregions.net).
Dagli smart meter alle smart city
Il concetto di smart grid nasce nel settore elettrico, dove per smart grid si intende una rete che consente la distribuzione dell’energia elettrica in modo intelligente, mediante la gestione delle azioni degli utenti connessi, i cosiddetti prosumer (consumatori e produttori). L’evoluzione delle reti elettriche si è resa necessaria per molteplici esigenze, tra le quali consentire un uso più efficiente dell’energia, ottenere un migliore equilibrio tra produzione e consumo, sostenere l’impatto della generazione distribuita sulla rete e l’utilizzo ottimale delle fonti energetiche rinnovabili (FER). Visto il crescente interesse dei gestori di utility di rendere efficienti altri servizi a rete, soprattutto quelli al settore energetico e risorse naturali, il passo successivo è stato estendere il concetto di smart grid al settore del gas, del calore e dell’acqua. Un presupposto essenziale per lo sviluppo di reti intelligenti è legato all’esigenza di avere uno scambio bidirezionale di dati tra i gestori delle reti e i prosumer, scambio che può essere garantito esclusivamente con sistemi di misurazione smart.
Alle esigenze di avere reti più efficienti si è aggiunta la necessità, che deriva dall’aumentata sensibilità energetica e dallo sviluppo di una domotica sempre più evoluta, di avere edifici sempre più intelligenti, noti come smart home o smart building. Questi edifici per rispondere a specifiche esigenze degli occupanti – legate essenzialmente al risparmio energetico e al comfort abitativo – necessitano di sistemi di automazione che svolgono in modo completamente integrato le diverse funzioni. Non si può quindi prescindere da un uso integrato degli smart meter nonché dei sensori di altri apparati (ad es. sensori di temperatura esterna, di carico radiativo, di presenza occupanti, sensori di elettrodomestici, ecc.) con i sistemi di Home Automation e Home Energy Management. D’altra parte lo scenario attuale della certificazione energetica degli edifici e dell’innovativa EPBD recast – Energy Performance of Building Directive, 2010/31/CE – che spinge verso la realizzazione dei cosiddetti edifici Zero Emission Building (ZEB) disegna un quadro in cui sarà nel breve periodo sempre più importante conoscere e certificare anche le prestazioni effettive degli edifici (operational rating) sulla base della misura dei consumi energetici reali, e gestire in real time i sistemi energetici utilizzando, oltre ai dati di consumo, quelli di produzione dell’energia da fonti rinnovabili utilizzati nell’edificio stesso.
Perché il metering multi-utility
Le reti di distribuzione delle differenti utility, così come i misuratori, sono generalmente indipendenti dal punto di vista funzionale e gestionale. Il principio del multi-utility metering è combinare alcune o tutte le misurazioni in un unico sistema. I vantaggi potenziali che ne derivano possono essere ricondotti sia a ragioni puramente economiche e di penetrazione del mercato, sia ad aspetti squisitamente tecnicistici. In particolare, poter aggregare le informazioni derivanti da diversi misuratori su un ramo di una rete o di un utente finale consentirebbe, per alcuni schemi architetturali di sistema, una visione più completa dei consumi e di conseguenza una facilitazione all’adozione di logiche di risparmio energetico. Inoltre la sinergia nella progettazione, realizzazione, manutenzione e in particolar modo la possibilità di gestione dell’infrastruttura di comunicazione da parte di un operatore dedicato – nella gran parte dei casi si prospettano operatori esperti del settore delle telecomunicazioni – consentirebbe di ottenere una infrastruttura a servizio delle diverse utility più efficiente. D’altra parte, dal punto di vista economico risulta ovvio che creare un’unica infrastruttura di comunicazione condivisa tra più servizi e condividerne sia gli investimenti che i costi operativi porta ad un notevole risparmio. Alcuni studi, pur se in una fase ancora prematura, dimostrano che l’incremento dei costi di investimento (legati alla pianificazione radio, alla progettazione e realizzazione) che si ha passando da una rete in radiofrequenza dedicata ad uno specifico servizio, ad una rete condivisa tra più servizi e/o da più applicazioni non risulta paragonabile all’investimento per una nuova rete di comunicazione. La duplicazione di infrastrutture di comunicazione sullo stesso territorio, inoltre, porterebbe ad una duplicazione dei costi e a un incremento dell’impatto sull’ambiente notevole, non compatibile con il concetto di sviluppo sostenibile.
Lo scenario verso il quale dovremmo tendere è la realizzazione di un’unica infrastruttura di comunicazioni su scala urbana di secondo livello, realizzata anche con diverse tecnologie di comunicazione, aperta ad accogliere informazioni provenienti da smart meter di diverse utility e da diversi altri sensori (e.g. cassonetti rifiuti, illuminazione pubblica, traffico, trasporto pubblico, ecc.), ovvero una rete che apre la strada ad una pluralità di servizi all’interno delle smart city.
Architetture di sistema
Dal punto di vista architetturale, le configurazioni che i sistemi di metering multiservice possono assumere sono molteplici: si può avere una concentrazione dati a livello locale o remota, possono essere impiegate tecnologie di comunicazione diversa tra misuratori e concentratori/gateway e tra gli stessi e i centri di acquisizione dati (SAC).
Le architetture che prevedono una concentrazione a livello locale (fig.1) sono costituite da un gateway ubicato nell’edificio, talvolta coincidente con uno dei misuratori, che comunica sia con i misuratori sia con altri apparati (ad es. In Home Display) in grado di restituire un feedback immediato all’utente. Il gateway a sua volta è messo in comunicazione con uno o più SAC, generalmente utilizzando la tecnologia PLC o GPRS o comunque appoggiandosi ad una WAN. Questa tipologia di architettura, essendo generalmente in grado di fornire in real time dati di consumo e integrandosi in modo semplice con sistemi di energy management e di home automation, rende l’utente in grado di poter adottare logiche di razionalizzazione dei consumi. Va sottolineato che numerosi studi in letteratura [ESMA, 2010] sugli orientamenti dei consumatori ritengono essenziale l’installazione di un dispositivo di lettura diretta, il cosiddetto In Home Display. Ai fini del risparmio energetico, la visualizzazione semplice e diretta dei consumi in home, insieme ad una migliore fatturazione, si prefigura più efficace rispetto ad una comunicazione indiretta (ritardata) attraverso un canale web.
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In alternativa, il sistema di smart metering multi-utility (fig.2) può essere strutturato in modo da prevedere un’infrastruttura di comunicazione urbana, costituita da concentratori in grado di comunicare, sempre in modo bidirezionale, con i misuratori negli edifici, anche con tecnologie di comunicazione differente; i concentratori comunicano poi con i SAC attraverso una WAN. Le caratteristiche di questo schema architetturale possono consentire in Italia di cogliere l’occasione di individuare possibili sinergie con lo smart meter gas. Di fatto, per adempiere agli obblighi di messa in servizio di misuratori intelligenti per il gas naturale, nei prossimi anni il nostro Paese vedrà lo sviluppo di una nuova infrastruttura di comunicazione. La possibilità di cogliere questa sinergia è stata intercettata anche dall’Autority che, con la delibera 393/2013/R/gas, dello scorso settembre, ha avviato una procedura di selezione di soluzioni di telegestione multiservizio associato alla telegestione dei misuratori di gas naturale del mass market, anche nell’ottica di valutare una possibile ottimizzazione del business case relativo allo smart meter gas.
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Modelli gestionali
I dati di consumo dei vettori energetici, piuttosto che di acqua, oltre che risultare sensibili da un punto di vista commerciale, con l’avvento degli smart meter risultano sensibili per la tutela della privacy e la sicurezza del consumatore. Di fatti fornendo i misuratori intelligenti informazioni sul come e quando un utente misura, consentono di individuare il comportamento degli utenti. Da queste considerazioni si deduce che l’aspetto relativo ai modelli organizzativi per la gestione dei sistemi multiutility non risulta affatto trascurabile per garantire sia la tutela della privacy che la concorrenzialità nel mercato. Nella realtà odierna ci sono almeno quattro diversi modelli per l’implementazione di un sistema di metering multi-utility, ovvero il modello: i) che prevede un unico operatore che gestisce diverse utility, più raro ma di semplice gestione; ii) in cui uno degli operatori delle utility gestisce l’infrastruttura di comunicazione e regola lo scambio dati; iii) che prevede un operatore terzo rispetto ai distributori di servizi, il quale gestisce l’infrastruttura di comunicazione ed i dati; iv) che prevede un operatore terzo, in genere del settore delle telecomunicazioni, che gestisce solo l’infrastruttura di comunicazione, offrendo l’accesso ad operatori che ne hanno interesse.
In linea di principio, anche in accordo con quanto detto per lo sviluppo di una infrastruttura urbana aperta a numerosi servizi nell’ambito delle smart city, si ritiene probabile che nel nostro Paese si possa realizzare un modello che preveda un operatore terzo ai gestori di utilities che gestisca l’infrastruttura.
Di L. Celenza, M. Dell’Isola e G. Ficco, P. Vigo
Gli autori afferiscono al LAMI, Laboratorio di Misure Industriali dell’Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale. Il LAMI svolge attività di ricerca e servizio per contro di istituzioni, enti e società nei settori delle misure delle grandezze meccaniche e termofluidodinamiche (portate di gas, liquidi, misure di energia e qualità dell’aria). Si svolgono inoltre attività di modellazione numerica (CFD) e sperimentali mediante misure PIV in galleria del vento. Il LAMI è accreditato come Centro di Taratura LAT 105 nei settori Pressione, Temperatura e Velocità.
