Smart Grids – Come Gestirle al Meglio

Sempre più spesso si sente parlare della necessità e della convenienza di utilizzare metodi innovativi per la produzione e la distribuzione dell’energia elettrica. Abbiamo ormai a disposizione tecnologie che ci permettono di ricavare energia da centinaia di fonti “pulite” e rinnovabili come il sole, il vento, le onde del mare. Per integrare a pieno queste sorgenti innovative nel sistema elettrico esistente bisogna far fronte a varie problematiche (distorsioni della corrente, oscillazioni di frequenza) che possono compromettere il funzionamento di un sistema di trasmissione e distribuzione nato e progettato per il trasporto in sicurezza di un flusso di energia di direzione costante, da un punto ad un altro, cercando di minimizzare le perdite sulla linea. Oggigiorno, data la presenza di vari soggetti produttori allacciati alla rete elettrica, il ruolo delle linee elettriche è destinato a cambiare: non più solo il trasporto, ma il controllo e la gestione di flussi bidirezionali di potenza.

Anche per far fronte a tale problematica, sono nate le microreti di distribuzione, ovvero piccoli sistemi elettrici in media o bassa tensione caratterizzati da solide architetture di automazione e di controllo, in cui vi siano generatori di piccola o media taglia a combustibile “green”, generatori che utilizzano fonti rinnovabili, sistemi di stoccaggio dell’energia e carichi elettrici che utilizzino l’energia prodotta nel sistema. Proprio per l’alto livello di “intelligenza” presente in tali sistemi, essi sono noti come Smart Grids. Queste microreti presentano vari vantaggi, come la possibilità di regolare e controllare i livelli di tensione e di potenza che vengono prodotti e distribuiti nel sistema e di utilizzare particolari software capaci di prevedere la produzione da fonti rinnovabili in modo da poter compensare le eventuali fluttuazioni di potenza generata utilizzando anche i generatori “controllabili”. Essi possono funzionare sia collegati al sistema di distribuzione nazionale, vendendo e comprando elettricità, sia in “isola”, ossia producendo e utilizzando elettricità indipendentemente dalle grandi linee elettriche. Un ruolo fondamentale è giocato dai sistemi di accumulo, sempre più innovativi e più affidabili, che permettono di immagazzinare il surplus di energia prodotto in alcuni momenti della giornata come anche di compensare eventuali squilibri di tensione o di frequenza.

E’ quindi possibile, combinando al meglio l’utilizzo delle sorgenti presenti in una smart grid, sfruttare al massimo le sue potenzialità al fine di renderlo un sistema sempre più efficiente e conveniente. La gestione della produzione di potenza dei generatori controllabili e presenti nel sistema può essere effettuata implementando opportuni algoritmi di ottimizzazione nel sistema di controllo della microrete: fissati dei valori o degli andamenti della potenza richiesta dai carichi elettrici e delle previsioni di produzione da rinnovabile, è possibile redigere un “programma di produzione” in cui l’ottimizzatore calcola quanto e quando deve produrre un certo generatore.

Sono vari i metodi utilizzati in letteratura per la risoluzione del cosiddetto “dispacciamento economico” come l’implementazione di algoritmi genetici o evolutivi, metodi di ottimizzazione lineari e non lineari, in base a quelli che sono gli obiettivi del processo di ottimizzazione. Molto spesso, l’obiettivo è quello di esercire il sistema al minimo costo possibile e tale costo è rappresentato dal costo del combustibile utilizzato nei generatori controllabili e dal non trascurabile costo associato al degrado dei sistemai di accumulo: viene quindi formalizzata una “objective function” che rappresenti il costo totale di produzione di potenza all’interno della microrete, in funzione del valore di potenza associato ad ogni generatore. Il metodo di ottimizzazione implementerà il processo risolutivo cercando il minimo di tale funzione ma che rispetti i vincoli di sistema (valori massimi di potenza erogabili, livelli massimi e minimi di tensione e frequenza ammissibili, ecc.).

Lo sviluppo di questi algoritmi di ottimizzazione, capaci di gestire al meglio la produzione e la coordinazione tra i vari generatori, permetterà di sfruttare al meglio le potenzialità della smart grids che potrebbero, in futuro, rivoluzionare il concetto di produzione e distribuzione dell’elettricità, rendendolo più democratico.