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Efficienza energetica e nuove convergenze
 

Efficienza energetica e nuove convergenze

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I temi dell'energia, legati ai concetti di sviluppo sostenibile e di impatto ambientale, sono ormai considerati fra i più importanti (e preoccupanti) dalle maggiori potenze mondiali e dall'opinione ...

I temi dell'energia, legati ai concetti di sviluppo sostenibile e di impatto ambientale, sono ormai considerati fra i più importanti (e preoccupanti) dalle maggiori potenze mondiali e dall'opinione pubblica.
Sebbene non esista un consenso unanime su come affrontare globalmente le sfide che ci attendono, è certo che i settori dell'efficienza energetica e delle energie rinnovabili genereranno nei prossimi anni straordinarie opportunità di sviluppo. Allo stesso tempo, sotto la spinta di normative a livello nazionale ed europeo sempre più stringenti, le aziende che non sapranno adeguare i propri prodotti, servizi e processi ai nuovi standard ambientali saranno costrette ad uscire dal mercato.
In questo contesto, le tecnologie ICT giocano un ruolo particolare.

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    Efficienza energetica e nuove convergenze Efficienza energetica e nuove convergenze Document Transcript

    • 131 numero gennaio 2009 Il contributo dell’ICT alla sfida dell’energia sostenibile per un uso più razionale delle risorse Diego Ragazzi CEFRIEL Efficienza energetica e nuove convergenze I temi dell’energia, legati ai concetti di sviluppo so- In particolare, il contributo più rilevante dell’ICT alla stenibile e di impatto ambientale, sono ormai consi- sfida dell’energia sostenibile risiede probabilmente nel- derati fra i più importanti (e preoccupanti) dalle la sua capacità di controllo dei sistemi. La tesi è la se- maggiori potenze mondiali e dall’opinione pubblica. guente: se si prescinde dall’ICT, un qualsiasi sistema Sebbene non esista un consenso unanime su come non può “comprendere” i propri obiettivi e il contesto affrontare globalmente le sfide che ci attendono, è in cui opera e quindi, per quanto ben progettato, con- certo che i settori dell’efficienza energetica e delle sumerà quasi certamente (molta) più energia di quan- energie rinnovabili genereranno nei prossimi anni to necessario. straordinarie opportunità di sviluppo. Allo stesso Questo ragionamento vale a tutti i livelli, dai si- tempo, sotto la spinta di normative a livello nazionale stemi complessi quali le infrastrutture di telecomuni- ed europeo sempre più stringenti, le aziende che non cazione o la rete elettrica, fino a componenti appa- Tecnologia, Societa’ e politica sapranno adeguare i propri prodotti, servizi e processi rentemente elementari come i motori elettrici. Questi ai nuovi standard ambientali saranno costrette ad ultimi sono oggetti più interessanti di quanto si possa uscire dal mercato. sospettare, e me ne servirò per illustrare la mia tesi. In questo contesto, le tecnologie ICT giocano Tanto per cominciare, sono ormai ubiqui. Li troviamo un ruolo particolare. Da un lato, sono parte del pro- nei locomotori dei treni e negli impianti industriali, ma blema. L’industria ICT nel suo complesso ha un im- anche nei giocattoli, negli ascensori, nei computer, ne- patto ambientale tutt’altro che trascurabile. Le radici gli elettrodomestici. Non è sorprendente quindi che del mondo “immateriale” dell’informatica sono in re- costituiscano di gran lunga il carico elettrico più diffu- altà saldamente ancorate alla materia. Per esempio, so, assorbendo mediamente circa la metà dell’energia secondo Gartner, le emissioni di CO2 del settore ICT elettrica nei Paesi sviluppati. Aumentare l’efficienza dei sono paragonabili a quelle dell’aviazione. O ancora, motori elettrici avrebbe quindi un impatto notevole sui secondo stime dell’Uptime Institute, dieci nuove cen- consumi energetici a livello mondiale. A tal fine si può trali elettriche saranno necessarie entro il 2015 per so- pensare di agire in molte direzioni diverse, per esem- stenere la crescita dei consumi dei datacenter nei so- pio migliorando la conversione dell’energia elettrica in li Stati Uniti. meccanica, le trasmissioni, e così via. D’altro canto, le tecnologie ICT sono anche par- Facciamo un piccolo esperimento mentale. Sup- te della soluzione, in quanto offrono strumenti di gran- poniamo di aver progettato un motore “ottimo”, re- de potenza per la riduzione dei consumi in altri settori. lativamente alla tecnologia disponibile, nel senso che, pagina 015
    • Affinché un nuovo prodotto possa portare a un miglioramento nell’efficienza energetica complessiva occorre considerarne l’intero ciclo di vita su un periodo di tempo adeguatamente lungo. per il regime di funzionamento per cui è stato pro- controllare il funzionamento dei molteplici sotto-siste- gettato, ha la massima efficienza energetica possibile. mi e dei singoli componenti in modo da ottimizzare il Bene, potremmo restare sorpresi nello scoprire che, consumo energetico complessivo, coerentemente con con tutta probabilità, ci sono ancora notevoli margi- gli obiettivi globali del sistema, che possono spaziare ni di risparmio energetico nel suo utilizzo. Come è dalla garanzia della qualità del servizio all’affidabilità, possibile? La risposta è apparentemente banale: pos- dal rispetto dei vincoli normativi alla tutela dell’imma- siamo spegnere il motore quando non serve. In real- gine dell’azienda. A titolo illustrativo, consideriamo un tà banale non è perché, in molte situazioni, decide- grande operatore telefonico. Il consumo elettrico del- re quando “non serve” tenere acceso il motore può la sua infrastruttura di rete è facilmente dell’ordine di essere sorprendentemente complicato. Tanto per co- parecchie decine di milioni di euro all’anno, un dato minciare, occorre essere a conoscenza degli obiettivi tutt’altro che trascurabile. Nel nostro Paese, tanto per complessivi che il sistema in cui è inserito il motore de- offrire qualche termine di confronto, il secondo con- ve soddisfare. Bisogna poi avere una conoscenza del sumatore di energia elettrica dopo le Ferrovie è Tele- contesto attuale in cui il motore sta operando, calco- com Italia. Nel caso di un operatore di telefonia mo- lare le possibili conseguenze di uno spegnimento in bile, il consumo è dato principalmente dalle decine quel particolare istante e per quella durata, stabilire di migliaia di stazioni base sparse sul territorio, costi- se tali conseguenze siano in accordo con gli obietti- tuite da antenne ricetrasmittenti collegate ad alcuni vi, attuare lo spegnimento, controllarne i risultati e apparati di rete che devono essere mantenuti entro prepararsi a riaccendere il motore, con un conveniente un ben preciso intervallo di temperatura per evitare anticipo, quando “serve”. malfunzionamenti. Cominciamo quindi a intuire perché le tecno- Per ridurre efficacemente i consumi della rete, è logie ICT siano fondamentali per garantire quel con- necessario disporre di una infrastruttura di monito- trollo sul funzionamento di componenti e sistemi che raggio capillare che consenta di analizzare i consumi può portare a significativi risparmi energetici, a parità nel tempo e individuare possibili margini di riduzione, di obiettivi e di infrastrutture, intervenendo a qualsia- pur mantenendo costante la qualità del servizio. Si sco- si livello. A livello di singolo componente, quale un mo- prirà per esempio che una parte significativa dei con- tore elettrico, le tecnologie ICT possono realizzare, per sumi è data dall’assorbimento degli apparati di rete, esempio, sistemi di controllo automatico della veloci- che funzionano a pieno regime indipendentemente tà (“adjustable speed drive”) che adattano in tempo dalle condizioni di traffico effettivo che devono smal- reale la velocità del motore alle effettive esigenze, e tire. Anche nelle ore notturne, quando il traffico è mol- consentono di realizzare apprezzabili risparmi energe- to ridotto, spesso tutti gli apparati di rete rimangono tici. A un livello intermedio, di sotto-sistema, le stesse accesi e perfettamente funzionanti. Questa situazione, tecnologie ICT possono coordinare il funzionamento comune a molti operatori di telefonia, è il risultato di di più componenti per ottimizzarne l’efficienza, per una pianificazione e progettazione di rete effettuate in esempio nei sistemi di domotica intelligente, dove il tempi in cui i temi dell’efficienza energetica non era- sotto-sistema è la singola abitazione vista come parte no ancora alla ribalta, e l’obiettivo principale era au- di un sistema più vasto, che potrebbe essere la città o mentare la copertura e ampliare la clientela il più in addirittura l’intero settore residenziale (responsabile di fretta possibile. Oggi, tuttavia, esistono tutte le condi- circa il 26% dell’energia consumata in Europa). zioni per sfruttare questi margini di miglioramento. I Anche a livello alto, di sistema, troviamo che moderni sistemi di gestione delle reti consentono di solo le più sofisticate tecnologie ICT sono in grado di monitorare il traffico in tempo reale; e quindi possono pagina 016
    • 131 numero gennaio 2009 fornire l’input necessario a un opportuno algoritmo di è dovuta ai condizionatori necessari per mantenere controllo che spenga dinamicamente gli apparati non la temperatura degli apparati di rete entro livelli ac- necessari nelle ore a basso traffico, per riaccenderli pro- cettabili. Se la temperatura di soglia non è già al limi- gressivamente all’aumentare della domanda. te di garanzia degli apparati, si potrebbe pensare di Si noti che il risparmio ottenibile, in percentua- aumentarla di qualche grado centigrado per ridurre le, è in buona misura indipendente dall’efficienza del l’uso dei condizionatori su tutta la rete, con un ri- singolo apparato di rete, in quanto è ottenuto modi- sparmio apparentemente facile da quantificare. Tut- ficandone il profilo di utilizzo. In altre parole, anche tavia, questa apparente semplicità nasconde una pic- ammettendo che tutti gli apparati di rete siano “otti- cola insidia. Infatti, l’aumento medio della tempera- mi”, nel senso che abbiamo definito più sopra per i tura ambientale potrebbe avere un impatto sul tasso motori elettrici, esistono ancora margini di migliora- di guasto degli apparati, di conseguenza sulla ma- mento legati a come questi apparati vengono di fatto nutenzione e, in ultima analisi, sul consumo energe- Tecnologia, Societa’ e politica Diego Ragazzi Efficienza energetica e nuove convergenze usati e coordinati. Tali margini potrebbero essere si- tico globale. Non bisogna infatti dimenticare che an- gnificativi. Anche in aree fortemente urbanizzate, co- che la manutenzione, come qualsiasi attività, ha un me a Milano, circa il 30% dei consumi degli apparati suo costo energetico oltre che economico. non corrisponde ad alcun traffico da smaltire. In ge- Questo semplice esempio illustra come il pro- nerale, la nostra esperienza in vari settori ci dice che l’ot- blema energetico debba essere considerato nel suo timizzazione dei singoli apparati, siano essi elettrodo- complesso, con un approccio olistico, pena il rischio mestici, televisori, cellulari, computer, o altro ancora, di migliorare una parte del sistema peggiorando il ri- è solo una parte della soluzione. Riduzioni significati- sultato finale. Quasi invariabilmente l’introduzione di ve di consumo, spesso comparabili se non superiori, si nuovi prodotti, veicoli o dispositivi che consumano me- possono ottenere facendone un uso più razionale. no energia viene presentata come un miglioramento Il caso delle infrastrutture di telefonia mobile ci dell’efficienza energetica complessiva. Ma altrettanto può aiutare a illustrare un altro aspetto fondamenta- invariabilmente nessuno presenta il quadro nella sua le della questione. Una quota importante dei consu- interezza. Affinché un nuovo prodotto possa effettiva- mi delle reti cellulari, tipicamente intorno al 30-40%, mente portare a un miglioramento nell’efficienza ener- pagina 017
    • getica complessiva occorre considerarne l’intero ciclo rete sempre più complessa; ma saranno chiamati di vita su un periodo di tempo adeguatamente lungo. anche a rispondere a nuove esigenze, quali per esem- Non basta che il prodotto consumi meno durante la pio: il rispetto delle normative ambientali, la massi- fase d’uso. Bisogna dimostrare che l’intero ciclo di vi- mizzazione dell’efficienza energetica dei generatori, ta sia effettivamente più efficiente, dalla progettazio- la riduzione delle perdite nel trasporto e nella distri- ne alla produzione, dalla distribuzione all’utilizzo, dal- buzione, il miglioramento del rapporto con il cliente la manutenzione allo smaltimento. Occorre poi verifi- finale fornendo dati analitici sul consumo e inviando care che un tasso di sostituzione troppo serrato di vec- segnali di prezzo per gestire efficacemente la do- chi prodotti, che potrebbero durare ancora molti an- manda, l’integrazione di molteplici sorgenti medio- ni, con nuovi e più efficienti non generi sul medio o lun- piccole di energie rinnovabili intermittenti, il go periodo un'inefficienza complessiva. Infine, è ne- miglioramento della qualità dell’energia, la garanzia cessario considerare eventuali nuovi usi o comporta- di sicurezza e affidabilità. menti sociali indotti dal nuovo prodotto, che potreb- Non è sorprendente quindi che il sistema elet- bero vanificare il miglioramento atteso a causa di un trico si stia integrando sempre più con le reti di tele- utilizzo più intenso o prolungato. Per inciso, l’aumen- comunicazione. Molti gestori di infrastrutture elettri- to della domanda generato dalla diminuzione dei co- che già dispongono di una rete di telecomunicazione sti e dai comportamenti indotti è un fattore dell’equa- privata basata su fibre ottiche o linee di potenza (“po- zione spesso trascurato e uno dei motivi per cui, nel set- wer line communications”) e desiderano sfruttarla per tore ICT, si assiste a una crescita costante dei consumi offrire servizi all’utenza. D’altra parte, per aumentare totali, nonostante i continui e rapidissimi progressi nel- l’efficienza e ridurre i costi, gli stessi gestori si affidano l’efficienza energetica dei singoli prodotti. sempre più alla rete di telecomunicazione pubblica e Un altro caso particolarmente interessante è co- a fornitori di servizi internet per il proprio traffico da- stituito dalla rete elettrica di potenza. Secondo alcuni ti, creando non poche preoccupazioni in tema di si- la più complessa infrastruttura mai costruita, la rete curezza e affidabilità, specie negli Stati Uniti. Non è elettrica ha ormai un’estensione continentale e forni- quindi azzardato pensare a un’integrazione ancora sce l’energia prodotta dalle centrali di generazione a più spinta. La convergenza della rete elettrica e della centinaia di milioni di utenze attraverso una rete ca- rete telecom presenta indubbiamente aspetti interes- pillare di trasporto e distribuzione. L’estensione del si- santi. Dal punto di vista della posa in opera e della stema elettrico è considerata fra i principali indici di svi- gestione, un’infrastruttura condivisa avrebbe chiari luppo delle nazioni e la sua integrità è ritenuta di in- vantaggi; potendosi condividere lavori civili, torri, li- teresse strategico a livello economico e militare. Que- nee e diritti di passaggio. L’intera infrastruttura po- sta infrastruttura enormemente complessa deve esse- trebbe essere progettata tenendo conto delle esigenze re costantemente monitorata e mantenuta in equili- reciproche, dato che gli apparati di telecomunicazio- brio per evitare sbilanciamenti che potrebbero avere ne devono essere alimentati, e che la rete elettrica ne- conseguenze molto serie. Non è pertanto difficile com- cessita della rete telecom per il monitoraggio e la ge- prendere perché sistemi di monitoraggio e controllo stione. I vantaggi sarebbero ovviamente maggiori nei basati su sofisticate tecnologie ICT siano ormai diffusi Paesi in via di sviluppo, dove l’infrastruttura potrebbe in questo settore. Ma il ruolo di tali sistemi è destinato nascere già integrata. a diventare sempre più critico a causa del profondo Dal punto di vista dell’utente, la comunicazio- cambiamento che sta interessando l’intero comparto. ne diventerebbe un servizio come l’acqua, il gas e Il vecchio modello centralizzato, con poche grandi centrali di generazione connesse agli utilizzatori finali da una rete gerarchica e a senso unico, è in corso di Nei Paesi più sviluppati profonda trasformazione sotto la spinta di: deregola- va emergendo una nuova mentazione, competizione, introduzione di energie mega-infrastruttura rinnovabili, interazione con l’utente finale. Il nuovo dalla convergenza modello che sta emergendo è decentralizzato, con di energia, la cui fonti di energia rinnovabile distribuite e un’interazione complessità in termini a doppio senso con gli utenti. Necessiterà pertanto di componenti di strumenti e infrastrutture di controllo sempre più e interdipendenze cresce potenti. I sistemi di controllo del prossimo futuro non esponenzialmente. dovranno solo mantenere in equilibrio elettrico una pagina 018
    • 131 numero gennaio 2009 l’elettricità, beneficiando di interessanti riduzioni di co- l’ambito ICT sono chiamate a rispondere a queste sfi- sto dovute alle economie di scala nella gestione di un de. A livello di sistema, abbiamo bisogno di modelli servizio integrato. Dal punto di vista del gestore del ser- matematici più accurati, sistemi esperti per l’ottimiz- vizio, la nuova rete diventerebbe il fondamento su cui zazione dinamica sulla base di strategie complesse, costruire servizi innovativi, per esempio legati alla ge- metodi di analisi e gestione di moli enormi di dati, stione della domanda di energia. Si tratta in questo strumenti di simulazione più potenti e completi. A li- caso di intervenire sulla domanda di energia da par- vello di componenti, occorre ridurre in modo signifi- te dell’utenza finale con lo scopo di modificarne il pro- cativo il consumo di energia, aumentare la controlla- filo temporale, per esempio incentivando l’uso di ener- bilità da remoto attraverso interfacce e metodi stan- gia nei momenti di basso carico, e riducendolo nei dard, diminuire la necessità di manutenzione e la ri- momenti di picco. Una gestione in tempo reale della chiesta di condizionamento ambientale. A livello di domanda energetica porterebbe indubbi vantaggi a sensoristica, è necessario lavorare sulla riduzione dei Tecnologia, Societa’ e politica Diego Ragazzi Efficienza energetica e nuove convergenze livello di sistema. La riduzione dei picchi di assorbi- costi, la capacità di operare in ambienti difficili, la sem- mento consentirebbe di dimensionare una capacità plicità di installazione e interconnessione, il tempo di produttiva più vicina all’assorbimento medio, evitan- vita delle batterie e la possibilità di recuperare ener- do la costruzione di nuove centrali solo per far fron- gia dall’ambiente circostante. A livello di telecomuni- te ai momenti di picco. Inoltre, dato che la possibilità cazioni, occorre capire come interconnettere e acce- di immagazzinamento dell’energia è limitata, incenti- dere alle future reti di sensori altamente distribuite vandone l’uso nei periodi di basso carico si evitereb- (“smart dust”), nonché come ottimizzare apparati e be lo spreco di energia prodotta e non utilizzata, con protocolli per un consistente traffico dati “machine- effetti positivi sull’affidabilità, derivanti dalla possibili- to-machine” e “machine-to-network”, altamente fram- tà di prevedere ed evitare situazioni di assorbimento mentato e proveniente da un numero di nodi poten- eccessivo. Una gestione efficace della domanda in zialmente molto più elevato rispetto ai tradizionali tempo reale richiede di monitorare puntualmente gli utenti umani. assorbimenti, inviare segnali tempestivi all’utenza – In conclusione, l’ICT può giocare un ruolo fon- per esempio segnali di prezzo – per modificarne il damentale nell’attuare qualsiasi strategia di ottimizza- comportamento, rilevare i feedback e al limite inter- zione energetica grazie alla sua capacità di controllo venire in modo automatico staccando i carichi a bas- dei sistemi per un uso più razionale delle risorse. Tut- sa priorità, secondo precisi accordi contrattuali. tavia, ben difficilmente l’ICT potrà realizzare da sola Sebbene l’integrazione delle tecnologie ICT nel- l’obiettivo – l’utopia? – auspicato dall’Unione Europea la rete elettrica sia attualmente in fase più avanzata, di un completo disaccoppiamento fra crescita eco- un’evoluzione simile è in corso anche per altre infra- nomica e consumi di energia. Si assiste infatti in Europa strutture fondamentali, per esempio la rete idrica, la e nelle nazioni più sviluppate a una progressiva ridu- rete del gas e la rete dei trasporti. In molte parti del zione dell’intensità energetica, misurata come rap- mondo si sta pianificando l’adozione di sistemi di te- porto fra l’energia consumata e il prodotto interno lor- lelettura automatica (“Automatic Meter Reading”) dei do, senza tuttavia raggiungere l’obiettivo ambizioso contatori della luce, del gas e dell’acqua, che consen- di una completa separazione fra crescita economica tiranno ai fornitori di servizi di ridurre i costi operativi, e consumo di energia. L’energia consumata annual- fornire una tariffazione più tempestiva e accurata, e mente dall’Europa a 25 è cresciuta mediamente del- adattare in modo più efficace l’offerta di energia alla do- lo 0,8% negli anni dal 1990 al 2003, contro una cre- manda effettiva. Nei Paesi più sviluppati va emergen- scita del 2% del prodotto interno lordo. Di conse- do una nuova mega-infrastruttura dalla convergenza guenza l’intensità energetica è mediamente diminui- di energia (includendo rete elettrica, gasdotti, oleo- ta dell’1,2% per anno, ma nonostante ciò il consumo dotti, rete idrica), telecomunicazioni e trasporti, la cui assoluto di energia è aumentato nello stesso periodo complessità in termini di componenti e interdipendenze dell’11%. Secondo le previsioni della stessa Unione cresce esponenzialmente. Come controllare un siste- Europea, questo trend è destinato a proseguire. Oc- ma così eterogeneo, geograficamente disperso ma corre pertanto lavorare in modo coordinato e siner- globalmente interconnesso, costituisce una seria sfida gico su tutti gli aspetti e i piani del problema: politi- tecnica. Tanto più se si richiede il controllo in tempo co, economico, normativo, sociale, tecnologico, cul- reale e il perseguimento di molteplici obiettivi in un turale. Soprattutto, mai come nel caso dei temi del- contesto di libera competizione sul mercato. l’efficienza energetica e dell’impatto ambientale, è im- Quasi tutte le aree di ricerca e sviluppo nel- perativo un approccio olistico e multidisciplinare. pagina 019