La transizione energetica digitale è in fase di sperimentazione
da Dirk Baranek | 23.12.2019
Il mercato dell'energia sta affrontando grandi cambiamenti, i cui inizi sono già visibili oggi. Questo cambiamento, spesso definito transizione energetica, è reso necessario dalle esigenze poste all'industria energetica dalla protezione del clima.
Le vie della svolta energetica
Da un lato, l'elettricità può essere generata in futuro in modo neutrale dal punto di vista climatico. La parola chiave è decarbonizzazione della produzione di elettricità. Ciò significa il completo abbandono di carbone, petrolio o gas nella produzione di energia elettrica. Le grandi centrali elettriche che generano centralmente elettricità da combustibili fossili non esisteranno più. Al contrario, le energie rinnovabili saranno utilizzate in modo trasversale: impianti fotovoltaici, turbine eoliche, centrali idroelettriche o a biogas. Il mondo energetico del futuro sarà quindi molto più piccolo e decentralizzato. Invece di qualche migliaio di grandi centrali, milioni di impianti di diverse dimensioni produrranno l'energia necessaria. Tutto ciò deve essere organizzato e controllato in modo da ottenere una rete energetica affidabile. Le tecnologie digitali giocano un ruolo fondamentale nell'armonizzare la generazione, l'utilizzo e lo stoccaggio dell'energia. La digitalizzazione dell'industria energetica è un elemento chiave per il successo della transizione energetica.
D'altra parte, l'industria energetica si trova ad affrontare il compito di fornire in futuro aree di consumo energetico con le quali ha avuto poco a che fare in passato. Questo perché anche la generazione di calore e la mobilità devono affrontare la sfida di ridurre completamente a zero le emissioni di CO2 entro il 2050. Nel caso della mobilità, l'attenzione è rivolta alla mobilità elettrica. In questo caso, tecnologie come le unità a idrogeno devono essere ulteriormente studiate e sviluppate in parallelo. La situazione è simile per la fornitura di calore; le pompe di calore e le tecnologie come le celle a combustibile alimentate a idrogeno sono già utilizzate in questo ambito. In definitiva, tutte queste tecnologie hanno una cosa in comune: utilizzano energia elettrica. Il futuro è elettrificato.
SINTEG - Vetrina dell'energia intelligente
I compiti e le sfide che il mercato energetico del futuro dovrà affrontare sono quindi enormi. Il cambiamento è di vasta portata e rappresenta una cesura storica senza precedenti. Ciò solleva molte questioni pratiche. Sebbene la scienza abbia dato una risposta a questi problemi, c'è sempre un certo divario tra la teoria e la pratica. Per testare i concetti teorici nella pratica, il governo tedesco ha lanciato un programma di finanziamento sotto l'egida del Ministero federale dell'Economia e dell'Energia: SINTEG - Schaufenster intelligente Energie. Nell'ambito di questo programma, le tecnologie digitali devono essere utilizzate in cinque regioni modello per rispondere ai loro problemi specifici dell'industria energetica. L'obiettivo è sviluppare, implementare e testare "soluzioni modello per il futuro approvvigionamento energetico". Vale la pena di dare un'occhiata più da vicino ai singoli progetti. Esemplificano dove si trovano le sfide della transizione energetica e come possono essere affrontate in modo digitale.
C/vendite - generazione, controllo e organizzazione di energia decentralizzata
Baden-Württemberg, Baviera e Assia generano la metà dell'energia solare della Germania. Negli Stati meridionali il sole splende più a lungo e più forte che al nord. Ecco perché il fotovoltaico ha molto senso in questo caso. Questa generazione di elettricità ha le sue sfide. È distribuita su una vasta area, decentrata e molto dipendente dall'ora del giorno e dalle condizioni meteorologiche. Il progetto cerca di coordinare queste caratteristiche in una struttura organizzativa di tipo cellulare. C/sells mira a bilanciare in modo ottimale la produzione e il consumo di energia già a livello locale e regionale, stabilizzando così la rete. Dopotutto, più la generazione e il consumo sono vicini a livello locale, meglio è per la rete elettrica. In questo modo si evitano, ad esempio, costose espansioni della rete e si riducono le perdite di energia che si verificano durante il trasporto. L'obiettivo è che ogni cellula, che può essere una regione, una città, ma anche un'area industriale o un aeroporto, diventi autonoma. In altre parole, genereranno da soli energia elettrica a sufficienza.
Reti intelligenti - tecnologie di controllo digitale
Per trasformare questa visione in realtà, oltre ai generatori rigenerativi decentralizzati, sono necessarie tecnologie di controllo digitale. Queste consentono di trasformare le reti energetiche esistenti nelle cosiddette smart grid, cioè reti intelligenti. Le suddette celle sono inoltre collegate in rete tra loro per indirizzare l'elettricità dove attualmente manca. All'interno delle celle, i produttori di energia elettrica dispongono di una piattaforma con cui possono partecipare direttamente al mercato dell'energia.
Solo nelle regioni sopra citate, 760.000 persone producono già oggi energia elettrica. Attualmente vendono ancora la loro elettricità al fornitore locale di energia nel quadro della tariffa di alimentazione. Tuttavia, poiché dopo la fine dei prezzi di vendita sovvenzionati garantiti per 20 anni, questi produttori dovranno cercare altre opportunità di commercializzazione. Nell'infrastruttura fornita da C/sells, si suppone che produttori e consumatori si incontrino come in un mercato. Ma una rete intelligente significa molto di più. Cosa succede se non viene generata abbastanza elettricità? In questo caso, in alternativa al collegamento in rete, C/sells sta studiando l'influenza positiva della gestione del carico variabile, accoppiando attualmente circa 2.000 impianti di consumo a un sistema di tariffazione altamente variabile.
DESIGNETZ - la rete elettrica del futuro
Con NRW, Renania-Palatinato e Saarland, questo progetto riunisce tre Stati federali le cui strutture del settore energetico riflettono le sfide della transizione energetica nel suo complesso. Mentre in NRW si consuma molta più elettricità di quella prodotta, in Renania-Palatinato è il contrario. DESIGNNETZ sta cercando di rendere gestibili questi squilibri attraverso una serie di soluzioni e il loro collegamento in rete digitale. DESIGNNETZ collega le singole soluzioni tra loro attraverso i livelli di rete e le regioni per formare un sistema globale resiliente. Il fotovoltaico, l'energia eolica, la generazione combinata di calore ed energia, le tecnologie di accumulo, i consumatori di energia controllabili e, soprattutto, l'interconnessione attraverso reti di distribuzione intelligenti sono elementi importanti. L'immissione e il consumo devono essere ottimizzati attraverso l'uso della flessibilità. In questo modo, il sistema energetico rimarrà stabile mentre cresce l'immissione di elettricità verde.
ENERA - dove mettere l'energia eolica in eccesso?
Le regioni incluse in questa vetrina si trovano nel nord della Bassa Sassonia. La quota di elettricità da fonti rinnovabili era già del 235% nel 2016. Ciò significa che viene prodotta molta più elettricità verde di quella consumata a livello locale. Sono in particolare le turbine eoliche a produrre questa elettricità. Il progetto svilupperà metodi per organizzare la trasformazione del sistema energetico da statico e centralizzato a dinamico e decentralizzato. La digitalizzazione end-to-end e la flessibilizzazione tecnica del sistema energetico saranno testate in loco. Ad esempio, le reti elettriche vengono rese più intelligenti grazie alla raccolta di molti più dati sullo stato attuale della produzione e del consumo rispetto al passato. Ciò consentirà di attingere a diverse quantità di elettricità dalla generazione rinnovabile, dai carichi adattivi e dallo stoccaggio, di metterli in rete e di renderli idonei a partecipare a un mercato regionale della flessibilità.
In concreto, ciò significa, ad esempio, l'utilizzo di 200 stazioni di trasformazione intelligenti che compensano automaticamente le fluttuazioni della rete locale, spesso causate dagli impianti solari. Inoltre, saranno costruiti impianti di stoccaggio dell'elettricità con una capacità totale di sette megawatt. Le aziende potranno allineare le loro capacità produttive alla quantità di elettricità disponibile. Anche in questo caso è necessario girare molte viti di regolazione, che devono essere tutte collegate in rete in modo digitale per realizzare i potenziali vantaggi.
Informazioni: https://projekt-enera.de
NUOVO 4.0 - Energia eolica per Amburgo
NEW 4.0 in questo caso sta per North German Energy Turnaround e si riferisce alle condizioni energetiche di Amburgo e Schleswig-Holstein. La città anseatica è caratterizzata da un forte potere economico negli scambi, nel commercio e nell'industria e richiede quindi molta energia. Lo Schleswig-Holstein, dominato dall'agricoltura, è una delle regioni centrali della Germania per quanto riguarda la produzione di energia elettrica da fonte eolica. Si tratta quindi di una grande domanda e di una grande offerta, che però non possono coincidere così facilmente. Perché ci sono sicuramente differenze temporali che devono essere compensate tecnologicamente.
È qui che entra in gioco la NUOVA 4.0. Qui si sta sviluppando e testando una rete energetica intelligente che mette in rete in modo intelligente tutti gli attori e i componenti di generazione, stoccaggio, trasporto e consumo. Il progetto intende testare un nuovo approccio: In futuro, il consumo dovrà adattarsi dinamicamente all'offerta di elettricità. Ciò significa in particolare due cose: da un lato, devono essere migliorate le possibilità di esportare l'elettricità generata in altre regioni dove può essere consumata o immagazzinata. In secondo luogo, le aziende industriali integrate nel progetto devono essere messe in grado di rendere la loro produzione più flessibile, in modo da poterla allineare all'attuale offerta energetica. Inoltre, il progetto verificherà come l'elettricità che non può essere trasportata via a causa delle strozzature della rete possa essere utilmente immagazzinata o convertita in altre forme di energia, come il calore o l'idrogeno. Informazioni: https://www.new4-0.de
WindNODE - reti energetiche intelligenti, consumatori flessibili
A questa vetrina partecipano i cinque Stati della Germania orientale e Berlino. Il 50% dell'elettricità è già coperto da generazione rinnovabile, principalmente da impianti eolici. I problemi sorgono quando non c'è vento. Allora le centrali elettriche convenzionali devono intervenire. Oppure si verifica lo scenario opposto: Il vento soffia molto forte e non ci sono infrastrutture per utilizzare l'elettricità in eccesso dove attualmente manca. Il progetto sta ora cercando di testare soluzioni per stabilizzare la rete elettrica attraverso varie misure.
Da un lato, le reti di linee vengono ampliate per migliorare i collegamenti con le altre regioni, in entrambe le direzioni. La generazione e il consumo devono quindi essere sempre più in grado di adattarsi all'attuale situazione energetica. Infine, si stanno testando le tecnologie di stoccaggio. Anche in questo caso stiamo aprendo nuove strade su larga scala. Ad esempio, l'industria alimentare (birrerie, caseifici, industria della carne) utilizza molta elettricità per raffreddare la produzione e i prodotti. Se c'è molta elettricità nella rete, potrebbe essere immagazzinata utilizzando la tecnologia del ghiaccio liquido sottovuoto. L'elettricità viene immagazzinata sotto forma di ghiaccio, in modo da poter spegnere le normali unità di raffreddamento quando la produzione è scarsa. Informazioni: https://www.windnode.de
Conclusione - La sfida della transizione energetica
Tutte le vetrine stanno sperimentando soluzioni per affrontare le sfide della transizione energetica. È già prevedibile che non ci sarà un'unica grande soluzione tecnologica per questo compito. Si tratta piuttosto di una complessa interazione di attività molto diverse tra loro. Le tecnologie digitali sono necessarie per coordinare queste attività in modo sensato ed efficiente in un unico sistema e per armonizzare i loro servizi e le loro esigenze. Senza la digitalizzazione del mercato dell'energia, non si può risolvere il compito che abbiamo di fronte al cambiamento climatico. Solo con una coerente digitalizzazione della rete energetica e del mercato dell'energia è possibile stabilire modelli di business che creino sistemi di incentivi corrispondenti per i partecipanti e i loro interessi. In questo modo, la trasformazione e la transizione energetica potranno avere successo e tutti potranno trarne un valore aggiunto, soprattutto il nostro ambiente e le generazioni che ci seguiranno.
Torna alla panoramica
