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Sviluppo e Sicurezza delle Infrastrutture Elettriche - Dario Lucarella -

È in corso un largo dibattito sulle fonti di energia per l’impatto che le relative scelte possono avere sui costi dell’energia mentre, nel complesso, minore attenzione viene posta ai problemi di affidabilità e sicurezza del sistema di TRASMISSIONE e DISTRIBUZIONE.

Esiste invece un notevole problema sulla interazione di un sistema produttivo che si diversifica secondo logiche di mercato a fronte di una domanda che richiede sempre più flessibilità. Questo "gap" ricade sulla rete.

Ne consegue che l'infrastruttura di rete assume un ruolo strategico per creare le condizioni di una reale apertura del mercato, consentire un accesso non discriminatorio a produttori e clienti e garantire l'effettivo incontro tra domanda ed offerta.

Pertanto, solo tramite un adeguato sviluppo e rinnovamento del sistema di TRASMISSIONE e DISTRIBUZIONE si potranno trarre quei vantaggi in termini sia di sicurezza che di prezzi derivanti dalla disponibilità e messa in servizio dei nuovi impianti.

Altro elemento chiave che caratterizza l’attuale scenario è la crescente penetrazione della generazione distribuita che, a fronte dei vantaggi più volte sottolineati, richiederà significativi cambiamenti nell’assetto delle odierne reti.

Ciò implca infatti che la rete di dsitribuzione si trasformi da rete "passiva" in rete "attiva" con problematiche di interconnessione con i generatori, protezione e controllo del tutto nuove rispetto alle attuali modalità di esercizio.

Lo sviluppo della rete dunque, al pari di altri "asset" industriali, si presenta come un processo decisionale complesso soggetto a scelte di carattere economico, tecnico ed ambientale in uno scenario inevitabilmente caratterizzato da persistente incertezza.

Coniugare la dimensione economica (attenzione ai costi di sviluppo) con quella funzionale (attenzione alle prestazioni) ha una sola risposta possibile che è "innovazione" e che implica quindi esigenza di ricerca sulle nuove tecnologie ed analisi del loro impatto applicativo.

Il sistema elettrico viene ritenuto una delle macchine più complesse del nostro tempo. Come tale, la sua vulnerabilità è dovuta alla eterogeneità delle diverse componenti della filiera energetica (produzione, TRASMISSIONE, DISTRIBUZIONE ed utilizzazione), alla estesa DISTRIBUZIONE geografica con interconnessioni anche internazionali, alla interdipendenza con altre infrastrutture critiche.

Riguardo alle cause della accresciuta vulnerabilità di questi anni, è opinione condivisa che esse siano riconducibili al processo di trasformazione dell’industria elettrica, in particolare alla apertura di mercati competitivi ed alla conseguente progressiva riduzione di quegli "ammortizzatori" strutturali che, in un contesto monopolistico e verticalmente integrato, permettevano ai sistemi elettrici di fare fronte a quegli eventi eccezionali che sono origine dei black-out.

Negli ultimi anni, nella maggior parte dei paesi industrializzati, il tasso medio di crescita della capacità di TRASMISSIONE è stato inferiore di circa 1/3 rispetto al tasso di crescita della domanda.

Alcune criticità che sono all’origine degli attuali potenziali maggiori rischi per il sistema elettrico sono state già discusse in varie sedi e sono riconducibili ad i seguenti problemi:

  • Le transazioni di energia/potenza dovute al mercato determinano maggiore variabilità e imprevedibilità delle condizioni di esercizio del sistema;
  • La crescente interconnessione ed estensione geografica dei sistemi determina un maggior rischio di propagazione dei disturbi e di guasti in cascata;
  • L’integrazione di fonti di produzione RINNOVABILI, intermittenti e distribuite aumenta l’imprevedibilità delle condizioni di esercizio e pone l’enorme problema di come tali fonti debbano contribuire alle regolazioni del sistema;
  • Le difficoltà nello sviluppare l’infrastruttura di TRASMISSIONE, a fronte di un carico in continuo aumento e di una crescita degli scambi dovuti al mercato, determinano maggior rischio di congestioni e di "stress" per la rete.

Diviene quindi centrale il problema della sicurezza, intesa come capacità di fronteggiare e superare eventuali contingenze, minimizzandone le conseguenze.

Molte delle soluzioni possibili si basano sul potenziamento dell’intelligenza dell’infrastruttura e sulla introduzione di tecnologie innovative che possano migliorare la capacità di controllo. In sintesi:

  • Dispositivi di misura veloci, noti con la sigla WAMS - Wide Area Measurement Systems, sincronizzati tramite satellite che consentono di monitorare in modo continuo le variabili di rete ed il loro andamento nel tempo;
  • Schemi di protezione intelligenti che proteggono in modo coordinato il sistema e non solo i singoli componenti;
  • Sistemi di calcolo che stimano, con precisione e rapidità, lo stato della rete (integrando anche misure da reti interconnesse e da reti a livello gerarchico inferiore);
  • Simulatori avanzati che identificano i margini di sicurezza di esercizio tenendo conto delle traettorie dinamiche delle variabili elettriche sotto controllo, con conseguente analisi del rischio;
  • Sistemi di controllo distribuito per reti che da passive divengono attive, in una ottica di piena integrazione della generazione distribuita.

Alcune di queste tecnologie sono ben sviluppate, altre sono innovative ma, comunque, la sfida è quella di un uso integrato e coordinato che consenta un controllo in tempo reale compatibile con i transitori veloci tipici dei sistemi elettrici.

L’obiettivo è quello di attuare strategie di:

  • Sicurezza preventiva: ricostruzione dello stato delle reti (incluse le aree transfrontaliere) ed analisi di sicurezza a brevissimo termine per determinare in via preventiva azioni atte a prevenire/correggere le contingenze ritenute critiche;
  • Piani di difesa: startegie per riportare il sistema elettrico in uno stato operativo di funzionamento "normale" al verificarsi di disservizi che ne degradino le prestazioni, limitandone gli effetti in termini di estensione e propagazione;
  • Ripresa del servizio: piani di ripristino a seguito di black-out con sistemi di supporto alle decisioni che assistano gli operatori nella complessa gestione di queste procedure.

Il punto di arrivo è la SMART GRID: un sistema di monitoraggio, controllo e automazione che consenta di tenere sotto controllo l’intero sistema in tempo reale, le cui linee guida sono state tracciate nell’ambito della Piattaforma Tecnologica promossa dalla Comunità Europea.

Va rilevato però come l’introduzione estensiva di tecnologie intelligenti comporti una maggiore dipendenza dagli stessi sistemi ICT che devono pertanto, a loro volta, essere maggiormente sicuri ed affidabili.

La dipendenza dalle infrastrutture informatiche e di telecomunicazione genera una nuova classe di malfunzionamenti e vulnerabilità per l’infrastruttura elettrica (ad es. il black-out del 2003 negli USA è stato causato in parte anche da un guasto nel sistema di Energy Management per cui gli operatori erano ignari di quanto stesse accadendo).

Lo studio quindi della propagazione dei malfunzionamenti ICT sullo stato del sistema elettrico costituisce un altro campo di analisi notevolmente complesso.

Queste tracciate sono le principali tematiche su cui si stanno concentrando i finanziamenti internazionali alla ricerca nel campo delle infrastrutture di rete.

A livello nazionale, attività di ricerca in questo campo vengono condotte con il finanziamento del Fondo per la Ricerca di Sistema, nell’ambito dell’Accordo di Programma tra Cesi Ricerca ed il Ministero dello Sviluppo Economico.

A livello Europeo, Cesi Ricerca ha coordinto il progetto ERMINE – Electricity Research Road Map in Europe con lo scopo di analizzare le esigenze del settore e le tecnologie più promettenti su cui investire, tracciando un piano strategico di ricerca per i prossimi 20 anni.

Nel campo della Generazione Distribuita, Cesi Ricerca ha svolto un ruolo determinante, attraverso la realizzazione anche di una test facility sperimentale presso i laboratori di Milano, con i 3 progetti DISPOWER, DER-LAB e MORE MICROGRIDS.

Partecipa inoltre all’azione di coordinamento GRID - A Coordination Action on ICT Vulnerabilities of Power Systems and the Relevant Defense Methodologies finalizzata alla definizione di una Agenda di Ricerca in cui vengono identificate le priorità e gli obiettivi di ricerca per la sicurezza del sistema elettrico.

Cesi Ricerca coordina poi il Progetto CRUTIAL – Critical Utility InfrastructurAL Resilience che, considerando appunto il ruolo centrale dei sistemi di supervisione e controllo nel garantire qualità e continuità del servizio elettrico, ha lo scopo di accrescerne la resistenza a fronte di minacce di vario tipo derivanti dalla sottostante infrastruttura informatica e di comunicazione.

In conclusione ritengo che la ricerca in questo settore, nell’interesse generale, può e deve svolgere un ruolo essenziale nel mettere a disposizione competenze multidisciplinari in campo tecnologico, economico e regolatorio al fine di studiare, sviluppare e sperimentare soluzioni che possano contribuire alla innovazione ed alla sicurezza del sistema elettrico nazionale.