ReMaP - Approfondimenti sul futuro dell'energia in rete

Cosa sarà più importante in futuro: la privacy o l'efficienza dei costi? Gabriela Hug, l'ETH Professor of Electrical Energy Systems, ha analizzato questa domanda in relazione ai cambiamenti a lungo termine dell'approvvigionamento energetico. Il suo approccio mostra come i consumatori di elettricità potrebbero utilizzare in futuro lo stoccaggio locale per ottimizzare il carico della rete elettrica nel suo complesso, nonché per ridurre i propri costi energetici e proteggere la propria privacy.

Da un lato, la crescente importanza delle energie rinnovabili pone nuove sfide alla rete elettrica. La rete deve sempre fornire la quantità di elettricità che i consumatori effettivamente prelevano. Con l'aumento della produzione di energia elettrica da fonte eolica e solare, diventa sempre più difficile bilanciare le fluttuazioni della produzione rispetto all'attuale mix di combustibili fossili, energia idroelettrica e nucleare.

D'altra parte, sviluppi tecnici come l'accumulo di batterie o i contatori intelligenti offrono ai consumatori l'opportunità di bilanciare da soli le fluttuazioni della quantità di elettricità disponibile in futuro. Un prerequisito per questo è l'accesso all'accumulo a casa o nel quartiere, che può essere utilizzato anche per prelevare elettricità quando la produzione è troppo bassa, ad esempio perché non c'è vento o il sole non splende.

Consumatori flessibili e intelligenza locale

Soprattutto nella rete di distribuzione, che porta l'elettricità alle abitazioni private e ai consumatori, i dispositivi digitali potrebbero aiutare a ottimizzare il carico sulla rete. I contatori digitali intelligenti misurano regolarmente il consumo di elettricità a brevi intervalli. Essi forniscono quindi una base di dati che i consumatori di energia potrebbero utilizzare anche in futuro per organizzare il proprio consumo di elettricità in modo più flessibile.

Il consumo di elettricità raggiunge un picco soprattutto la sera, quando le persone tornano a casa, preparano la cena e utilizzano elettrodomestici come la lavatrice, la TV o il PC. In futuro, è probabile che il fabbisogno energetico aumenti ulteriormente proprio in questo periodo: quando sempre più persone passano alle auto elettriche e le ricaricano a casa. Tuttavia, i dispositivi digitali potrebbero essere utilizzati per scaglionare il consumo di elettricità nel tempo, consentendo di interrompere i picchi di carico. Se si collega l'auto elettrica alla stazione di ricarica la sera, la batteria non viene caricata immediatamente, ma più tardi nel corso della notte.

Nella ricerca sull'energia, il termine "carico flessibile" - o "consumatore flessibile" - è usato per descrivere gli acquisti scaglionati di elettricità. Gabriela Hug sta studiando come questo possa essere utilizzato con l'"ottimizzazione distribuita" e l'"intelligenza locale". Ciò significa che la decisione su quando e come utilizzare l'elettricità viene presa almeno in parte a livello locale dal consumatore. "Grazie alle nuove tecnologie, i consumatori possono utilizzare l'energia in modo più efficiente e allo stesso tempo partecipare al bilanciamento del carico", afferma Hug. In definitiva, questo potrebbe "appiattire" il consumo complessivo e distribuirlo in modo più uniforme.

Efficienza dei costi o "algoritmo di protezione"?

I prezzi giocano un ruolo decisivo, in quanto influenzano il comportamento dei consumatori: In futuro, dice Hug, i prezzi dell'elettricità potrebbero essere più variabili. Oggi esistono solo tariffe alte e basse. Per i consumatori, tariffe più variabili avrebbero il vantaggio di poter scegliere e ridurre i costi energetici. Ad esempio, chi acquista elettricità da un impianto di accumulo a casa potrebbe sfruttare al meglio le tariffe. Tuttavia, i contatori intelligenti che rendono possibile tutto ciò presentano anche dei rischi.

Infine, i dati provenienti dai contatori intelligenti o dai sistemi di accumulo possono anche rivelare il comportamento dei consumatori: Oltre ai profili di consumo energetico, si potrebbero ricavare anche i modelli di stile di vita. Ciò comporta rischi per la privacy dei consumatori. Nell'ambito dell'iniziativa di ricerca europea lato esternoCHIST-ERA Un dottorando dell'Hug ha sviluppato un modello per proteggere la privacy dei consumatori pur realizzando i vantaggi dei contatori intelligenti per la rete elettrica. L'approccio risolutivo del progetto, completato nella primavera del 2019, si basa su sistemi di accumulo di energia locale che immagazzinano l'elettricità in eccesso.

Il gruppo di Hug ha sviluppato un "algoritmo di protezione" che altera i dati di consumo in modo tale da proteggere il consumo energetico individuale di un consumatore. Nel modello teorico, l'unità di stoccaggio dell'energia è dotata di un interruttore. I consumatori possono impostare da soli questo interruttore in modo da proteggere la loro privacy - nel qual caso non hanno piena libertà tariffaria - o da ottimizzare i propri costi energetici - nel qual caso i dati di consumo sono più aperti. Questo esempio mostra quanti livelli e dipendenze siano coinvolti nella trasformazione del sistema energetico. Hug vuole ora testare nel modo più realistico possibile quanto il modello teorico dello switch funzioni nella pratica. Lo stesso vale per il concetto di "intelligenza locale".

Una nuova piattaforma che sta per essere creata a questo scopo è "ReMaP" o "Renewable Management and Real-Time Control Platform". Questa piattaforma riunisce diversi progetti di ricerca e piattaforme. L'obiettivo è quello di comprendere meglio come le interazioni tra le tecnologie per la produzione, la conversione e l'immagazzinamento dell'energia influenzino la trasformazione del sistema energetico e come queste interazioni possano essere ottimizzate.

ReMaP - Testare i risultati della ricerca nel modo più realistico possibile

ReMaP è una piattaforma di ricerca congiunta dell'ETH di Zurigo, dell'Istituto Paul Scherrer e dell'Empa. ? stata sviluppata sotto la guida del Centri di scienza dell'energia dell'ETH lanciato alla fine del 2018 e ora in fase di graduale espansione. Al fine di ricercare le connessioni tra il livello di quartiere, la rete di distribuzione, la gestione dell'energia, gli edifici e la mobilità nel modo più realistico possibile, ReMaP è collegato alle infrastrutture di ricerca del PSI di Villigen e dell'Empa di Dübendorf. Queste includono la piattaforma di integrazione dei sistemi energetici lato esternoESI del PSI e della piattaforma di ricerca energetica "lato esternoehub", la piattaforma di mobilità "lato esternomuoversi" e l'edificio per la ricerca e l'innovazione "lato esternoNEST"dell'Empa. ReMaP è sostenuto dall'Ufficio federale dell'energia (UFE) e dalla Fondazione l'ETH. La piattaforma è aperta anche ad altre università, scuole universitarie e industrie.

"Lo scopo del collegamento in rete delle piattaforme è quello di testare approcci innovativi in un ambiente di prova realistico e quindi di supportarne l'implementazione nella rete reale", spiega Hug, ricercatore responsabile del progetto ReMaP. Lo "stoccaggio con interruttore" potrebbe essere testato in NEST, ad esempio, e collegato con i dati sulle fluttuazioni della rete dalla piattaforma ESI.

"ReMaP getta un ponte tra la ricerca e l'applicazione industriale - e questo nel mercato dell'energia che è così importante per la Svizzera", afferma Detlef Günther, Vicepresidente dell'ETH per la ricerca e le relazioni con le aziende, "quindi sono ancora più contento che i ricercatori sull'energia dell'ETH, del PSI e dell'Empa stiano affrontando questo compito insieme"."Per Günther, ReMaP dimostra la forza dell'ETH: "Solo attraverso investimenti e sforzi complementari possiamo dare un contributo significativo a questo tema estremamente importante".