Le reti di trasmissione evolvono per integrare fonti rinnovabili e affrontare le sfide della transizione energetica. Scopriamo le tecnologie e le opportunità di questa trasformazione.
Le reti di trasmissione di energia stanno affrontando una trasformazione radicale per rispondere alle sfide imposte dalla transizione energetica globale. Con l’obiettivo di raggiungere emissioni nette di gas serra pari a zero entro il 2050, le reti elettriche devono integrare fonti rinnovabili (Renewable Energy Sources: RESs) come energia eolica e solare, migliorare l’efficienza operativa e garantire stabilità in un contesto caratterizzato da crescente complessità.
Indice:
- 1. L’importanza delle reti di trasmissione
- 2. Le sfide di oggi e di domani
- 3. Tecnologie avanzate per il controllo della rete
- 4. Pratiche industriali: pregressi e successi
- 5. Opportunità future
- 6. Come De Angeli Prodotti accelera la corsa verso il futuro
- 7. Conclusione
1. L’importanza delle reti di trasmissione
Le reti di trasmissione costituiscono l’infrastruttura centrale per il trasferimento di energia elettrica ad alta tensione dai punti di generazione ai centri di distribuzione. Questi sistemi, essenziali per garantire un approvvigionamento energetico affidabile, si basano su componenti chiave come linee di trasmissione, sottostazioni e trasformatori.
In origine le reti erano progettate per gestire flussi di energia unidirezionali che andavano dalle grandi centrali elettriche alle aree di consumo. Oggi, grazie all’introduzione delle RESs decentralizzate, questo paradigma è cambiato al punto da rendersi necessarie una maggiore flessibilità e capacità di adattamento. Le configurazioni delle reti – radiali, ad anello o a maglia – offrono diversi livelli di resilienza ed efficienza, ma tutte richiedono aggiornamenti tecnologici per affrontare le sfide del XXI secolo.
2. Le sfide di oggi e di domani
La crescente integrazione di fonti rinnovabili introduce nuove complessità, tra cui:
- Riduzione dell’inerzia del sistema: le RESs basate su inverter (IBR) mancano dell’inerzia fornita dai generatori sincroni tradizionali. Questa mancanza riduce la capacità della rete di mantenere la frequenza stabile durante improvvise variazioni di domanda o generazione.
- Intermittenza delle fonti rinnovabili: l’energia eolica e solare sono intrinsecamente variabili, richiedendo soluzioni per bilanciare rapidamente domanda e offerta qualora ci siano condizioni sfavorevoli.
- Resilienza alle minacce esterne: eventi climatici estremi, guasti tecnici e attacchi informatici possono compromettere la stabilità della rete. Strategie avanzate di prevenzione e recupero rapido sono essenziali per minimizzare i rischi.
- Interoperabilità dei sistemi: l’integrazione di dispositivi e sistemi di fornitori diversi richiede standard comuni per garantire una comunicazione fluida e un’operatività efficiente. La mancanza di interoperabilità può portare sia a inefficienze operative sia a costi elevati soprattutto in caso di guasto e/o ripristino.
3. Tecnologie avanzate per il controllo della rete
Le reti di trasmissione moderne si affidano a tecnologie avanzate per migliorare efficienza, affidabilità e stabilità. Tra le principali innovazioni:
- Unità di Misura Fasoriale (PMU): le PMU sono dispositivi critici per il monitoraggio in tempo reale delle condizioni della rete. Forniscono misurazioni sincronizzate di tensioni e correnti, consentendo agli operatori di identificare rapidamente stress, instabilità e congestioni. Queste unità migliorano la consapevolezza situazionale e supportano decisioni informate.
- Sistemi di automazione avanzata: i sistemi di controllo automatico della generazione (AGC) regolano la produzione di energia per mantenere la frequenza della rete stabile. Questi sistemi sono spesso integrati con piattaforme come SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) e WAMPAC (Wide-Area Monitoring, Protection, and Control), offrendo una visione olistica delle operazioni della rete.
- Modellazione avanzata: la modellazione accurata del comportamento delle reti è fondamentale per la progettazione e il funzionamento dei controlli. Tecniche di modellazione per piccoli segnali (small-signal) analizzano le dinamiche a breve termine, mentre quelle per grandi segnali (large-signal) simulano il comportamento durante grandi disturbi come ad esempio può essere un blackout.
- Sistemi di Accumulo Energetico (ESS): gli ESS, come batterie al litio, accumulo idroelettrico a pompaggio e volani, sono cruciali per compensare la variabilità delle RESs. Offrono stabilità, migliorano la qualità dell’energia e forniscono backup durante le emergenze.
4. Pratiche industriali: pregressi e successi
Nel panorama globale, molte nazioni e aziende stanno implementando strategie e tecnologie innovative per affrontare le sfide della modernizzazione delle reti di trasmissione. I prossimi esempi evidenziano non solo il ruolo centrale delle tecnologie avanzate ma soprattutto l’importanza delle collaborazioni internazionali.
4.1 Tecnologia HVDC (Corrente Continua ad Alta Tensione)
La tecnologia HVDC è diventata una soluzione chiave per migliorare la capacità e l’efficienza delle reti di trasmissione riducendo le perdite operative, soprattutto in progetti su larga scala.
- Dogger Bank Wind Farm (Regno Unito): questo progetto rappresenta il più grande parco eolico offshore al mondo. L’uso della tecnologia HVDC consente di convertire l’energia prodotta in corrente continua, riducendo le perdite durante il trasferimento di elettricità verso la terraferma. Con una capacità totale di 3,6 GW, il progetto servirà milioni di abitazioni, dimostrando l’efficacia dell’HVDC per integrare energia rinnovabile.
- Interconnessione Québec-New York: la collaborazione tra Canada e Stati Uniti utilizza l’HVDC per trasferire energia idroelettrica pulita su lunghe distanze, risolvendo problemi di congestione nelle reti tradizionali AC.
- Europa continentale: in Germania e nei Paesi Bassi, sono stati avviati progetti per collegare le RES offshore alle reti continentali utilizzando piattaforme HVDC che riducono l’impatto ambientale e migliorano l’efficienza di trasmissione.
4.2 Implementazione di PMU e WAMPAC
L’adozione delle unità di misura fasoriale (PMU) e dei sistemi di monitoraggio e controllo su vasta scala (WAMPAC) rappresenta un’importante innovazione nella gestione delle reti grazie al miglioramento della resilienza e della capacità predittiva con un aumento della stabilità in presenza di RES intermittenti.
- Grecia: l’installazione di PMU in posizioni strategiche ha migliorato la capacità di monitorare in tempo reale le condizioni della rete, facilitando l’integrazione di fonti rinnovabili. Questi dispositivi consentono di rilevare rapidamente i disturbi e di adottare misure correttive prima che si verifichino blackout.
- Islanda: l’uso del WAMPAC ha permesso di implementare un controllo sensibile alla localizzazione per ridurre eventi di separazione delle reti durante perturbazioni. Questo è cruciale in un sistema isolato e vulnerabile agli sbalzi di carico e generazione.
4.3 Sistemi di accumulo energetico (ESS)
Gli ESS consentono una gestione dinamica dell’energia, immagazzinando elettricità nei periodi di sovrapproduzione e rilasciandola quando necessario, contribuendo a stabilizzare la rete.
- Stati Uniti: l’azienda Xcel Energy sta sviluppando 600 MW di capacità di accumulo tramite batterie entro il 2030, in previsione di una maggiore variabilità delle RESs. Questa capacità permetterà di bilanciare domanda e offerta durante i picchi di produzione e consumo.
- Australia: l’aggiornamento della linea Victoria-New South Wales ha integrato ESS avanzati con dispositivi FACTS (Flexible AC Transmission Systems) per aumentare la capacità di trasmissione e ridurre la congestione.
4.4 Gestione dinamica della rete
La gestione dinamica e la digitalizzazione sono state adottate per ottimizzare la capacità operativa delle reti esistenti.
- Germania: gli operatori tedeschi stanno investendo 1,9 miliardi di euro per aggiornare le infrastrutture esistenti integrando tecnologie come il controllo del flusso di potenza e la gestione dinamica delle linee. Questi investimenti migliorano la capacità della rete di accogliere una quota crescente di energia rinnovabile.
- Texas (Stati Uniti): l’Independent System Operator (ISO) della regione utilizza servizi ausiliari per bilanciare domanda e offerta in tempo reale, riducendo i rischi di blackout. La flessibilità operativa è cruciale per gestire la variabilità della generazione rinnovabile.
4.5 Altri esempi di collaborazioni internazionali
La cooperazione transnazionale sta svolgendo un ruolo cruciale nello sviluppo di reti di trasmissione moderne.
- Francia e Spagna: i gestori dei sistemi di trasmissione hanno collaborato per implementare una gestione unificata delle linee HVDC transfrontaliere, riducendo le oscillazioni di frequenza tra le reti.
- Paesi nordici: i paesi nordici stanno sviluppando un quadro comune per migliorare l’adeguatezza della generazione, la qualità della frequenza e l’integrazione delle RESs, affrontando sfide operative legate alla crescente variabilità.
5. Opportunità future
La modernizzazione delle reti offre numerose opportunità, tra cui:
- Innovazioni tecnologiche: l’adozione di tecnologie emergenti, come sensori avanzati, gestione dinamica delle linee e ottimizzazione topologica, promette di migliorare la capacità, l’efficienza e l’affidabilità delle reti. Inoltre, l’evoluzione dell’accumulo energetico, con batterie di nuova generazione, faciliterà la gestione della variabilità delle RESs.
- Digitalizzazione: l’uso di dati in tempo reale per il monitoraggio e il controllo delle reti è essenziale per garantire stabilità e affidabilità. Tecnologie come il 5G, l’intelligenza artificiale e l’analisi predittiva migliorano la capacità decisionale degli operatori.
- Adattamento al mercato: l’integrazione delle RESs richiede nuovi modelli di mercato per garantire sostenibilità economica e operativa. La creazione di incentivi per l’adozione di tecnologie avanzate e il miglioramento della flessibilità operativa sono essenziali.
6. Come De Angeli Prodotti accelera la corsa verso il futuro
Nel contesto della trasformazione delle reti di trasmissione, la De Angeli Prodotti accelera la corsa verso il futuro grazie a una serie di strategie:
- Conduttori innovativi: l’utilizzo di materiali innovativi ci consente di sviluppare conduttori ad alta efficienza, capaci di gestire l’energia in maniera più efficace con una riduzione delle perdite. Questo consente alle linee di lavorare a temperature più alte e ad avere una rete nel complesso più performante e affidabile.
- Tecnologia HVDC: le linee di corrente continua ad alta tensione necessitano di grandi quantità di energia rinnovabile su lunghe distanze con basse perdite. A questo fine progettiamo conduttori HTLS di supporto a questa tecnologia.
- Digitalizzazione e monitoraggio avanzato: i nostri smart conductor supportano lo sviluppo di reti elettriche digitalizzate grazie a un sensore integrato all’interno del conduttore che rileva temperatura, strain, difetti o danni e vibrazioni del conduttore lungo tutta la linea. Inoltre progettiamo e realizziamo componenti e soluzioni che integrano PMU (Phasor Measurement Units) per monitorare in tempo reale le condizioni della rete al fine di migliorarne l’affidabilità e prevenire i guasti.
- Sostenibilità ambientale: tutta la nostra innovazione avrebbe le gambe d’argilla se non si basasse su ingredienti e processi produttivi a basso impatto ambientale. Inoltre i nostri conduttori aiutano a ottimizzare anche le reti esistenti favorendo l’integrazione delle enorgie rinnovabili. La stessa riduzione delle perdite di trasmissione rendono tutta la rete più sostenibile.
- Collaborazioni internazionali: la nostra azienda partecipa a progetti globali per migliorare la capacità e la resilienza delle reti di trasmissione e crea partnership strategiche per implementare soluzioni innovative.
- Ricerca: la nostra azienda ricerca continuamente soluzioni capaci di rispondere alle sfide di quest’epoca sia per la gestione dell’intermittenza delle fonti rinnovabili sia per la resistenza agli eventi climatici estremi che purtroppo si presentano sempre più frequenti a causa del cambiamento climatico.
7. Conclusione
Le reti di trasmissione stanno attraversando una fase di trasformazione critica, guidata dalla necessità di integrare RESs, garantire stabilità e migliorare l’efficienza operativa. Le tecnologie avanzate, come il monitoraggio in tempo reale, i sistemi di accumulo e le piattaforme di controllo automatizzate, giocano un ruolo fondamentale nel supportare questa transizione.
L’evoluzione delle reti non riguarda solo l’adozione di tecnologie all’avanguardia, ma richiede anche un cambiamento culturale e istituzionale. La collaborazione tra industrie, governi e centri di ricerca universitaria è essenziale per affrontare le sfide tecniche e normative e per costruire un futuro energetico più sostenibile, resiliente ed efficiente.
Come De Angeli Prodotti siamo fieri di offrire alla crescita delle reti di trasmissione l’innovazione tecnologica dei nostri ACCM (Aluminum Conductor Composite Multistrand) e dei nostri Smart Conductor che ci rendono un partner leader nella transizione energetica, offrendo soluzioni che non solo soddisfano le esigenze tecniche delle reti moderne, ma promuovono anche un approccio sostenibile e intelligente alla trasmissione dell’energia.
