Le sfide della modernizzazione della rete elettrica: l'importanza dell'implementazione dell'Edge Intelligence per la gestione attiva della rete

La rete elettrica nordamericana è fondamentale per le infrastrutture economiche ed è la più grande infrastruttura elettrificata distribuita che esista. Ma, in parole povere, è vecchia. Con un mondo che cambia, il sistema sta diventando più distribuito e più complesso e il flusso di elettricità sta diventando bidirezionale. Qual è il percorso da seguire per gestirlo? Come modernizziamo questa enorme infrastruttura?

Il mondo dell'energia elettrica è cambiato radicalmente negli ultimi decenni e questo cambiamento ha superato la modernizzazione della rete elettrica stessa, progettata più di 100 anni fa. Ciò sta causando un crescente senso di preoccupazione e urgenza per la modernizzazione delle infrastrutture elettriche nordamericane.

Secondo Prithpal Khajuria di Intel, leader mondiale del segmento per le infrastrutture intelligenti, la rete elettrica è diventata più bidirezionale, cosa per cui inizialmente non era stata progettata. La rete elettrica è stata progettata per trasportare l'elettricità dalle utility agli utenti. Grandi centrali elettriche sono state costruite e collocate in località distribuite al di fuori delle grandi città con l'intenzione di far fluire l'energia "a valle" verso gli utenti.

L’uso del sistema è ora cambiato, diventando più distribuito e più complesso. Il flusso di elettricità sta diventando bidirezionale, costringendo l'industria a ripensare il rapporto con la rete elettrica. Khajuria spiega che in passato era chiaro chi fosse il produttore e chi fosse il consumatore. Con un paesaggio mutevole, quelle linee si sono sfocate. In alcuni casi, anche il consumatore può essere un produttore, il che altera i ruoli tradizionali di produttori e consumatori. A complicare ulteriormente il funzionamento della rete c'è la crescita delle fonti di energia Green, spesso di natura transitoria rispetto alla produzione costante e controllata dei tradizionali impianti di produzione di energia.

In aumento anche i consumi elettrici. Khajuria afferma che il consumo di elettricità dovrebbe quadruplicare nel prossimo decennio man mano che più sistemi infrastrutturali verranno elettrificati, come infrastrutture mobili, infrastrutture dei sistemi di trasporto e altro ancora. Anche il commercio continua a dirigersi sempre più verso la digitalizzazione.

"Questo aumenterà la necessità di più data center", afferma Khajuria. Mike Fahrion, CTO di IIoT Solutions presso Advantech, aggiunge che le attuali proiezioni prevedono un aumento dal 3% al 10% del consumo di elettricità del data center entro il 2030, un aumento che avrà effetti importanti sulla nostra attuale rete elettrica.

Poiché la domanda continua a crescere e la generazione continua a essere più distribuita, è necessario lavorare per un sistema che generi e fornisca elettricità in modo sostenibile.

Per andare avanti e risolvere le sfide di un panorama di reti elettriche in evoluzione ci sono due opzioni. C'è sempre la possibilità di costruire più infrastrutture, ma questo è costoso, sfaccettato e richiederebbe molto tempo. La seconda, e la migliore opzione, è affidarsi alle nuove tecnologie, come le tecnologie Internet of Things (IoT) e l'Edge Intelligence.

Al fine di bilanciare e mitigare le sfide derivanti dai cambiamenti nella rete elettrica, è fondamentale che le utility inizino a modernizzare l'infrastruttura e inizino a partecipare alla gestione attiva della rete con decisioni autonome basate sui dati. Ciò significa aggiungere edge intelligence alle sottostazioni e costruire una moderna infrastruttura perimetrale.

L'aggiunta di edge intelligence alla rete elettrica significa che si trasformerà in una "rete di micro reti su un sistema di sistemi" più intelligente che mai, afferma Khajuria. Questa intelligenza integrata ci consentirà di avere più informazioni sulle operazioni quotidiane e su ciò che accadrà, imparando come alimentare realisticamente le esigenze del nostro mondo. La digitalizzazione della rete e l'implementazione dell'intelligence perimetrale nelle sottostazioni è un modo più ecologico e sostenibile per andare avanti.

Il primo ostacolo nel portare a termine questo compito è il coordinamento di tutti i principali attori, che devono lavorare in maniera sincronizzata. Ci sono più di 3.000 utenze elettriche che compongono l'intera infrastruttura degli Stati Uniti. Questa imponente e complessa infrastruttura è responsabile di tre rispettive funzioni principali: produzione di energia, potenza di trasmissione, e distribuzione di energia.

Per facilitare il processo, Khajuria afferma che per aiutare l'industria ad andare avanti dovremmo guardare dove le tecnologie IoT stanno già funzionando, come la virtualizzazione dell'infrastruttura della sottostazione su hardware ad architettura aperta. Considerando l'infrastruttura di una sottostazione, possono esserci 10 scatole che fanno 10 cose diverse, ognuna in un silo. Attualmente, i dati distribuiti da queste scatole non vengono combinati o elaborati insieme presso il centro di controllo.

La virtualizzazione di queste funzioni in un software che viene eseguito su hardware condiviso e ad architettura aperta aggiunge flessibilità e supera i limiti dei silos di dati. Ora, tutte le applicazioni si trovano su un'unica infrastruttura in un ambiente virtualizzato. Tutti i dati possono essere facilmente condivisi tra applicazioni e sistemi. 

Secondo Khajuria, le utility che hanno implementato una soluzione di virtualizzazione all'edge hanno scoperto di poter risparmiare fino al 70%* sui costi operativi e di manutenzione.

Un gran numero di apparecchiature critiche e non critiche utilizzate nella moderna rete è già attrezzato per sfruttare i vantaggi della virtualizzazione. I casi d'uso comprovati includono quanto segue: accessibilità remota che riduce i costi operativi e di manutenzione, gestione delle risorse distribuite per una rapida installazione di patch e aggiornamenti software, e altro ancora.

In una rete virtualizzata, la maggior parte delle risorse è controllata da un software specifico che risiede all'interno di un elemento di virtualizzazione denominato "contenitore" o macchina virtuale. Queste risorse alimentano i dati a monte in una piattaforma di edge computing che esegue un numero maggiore di contenitori. Questi quindi alimentano ulteriormente a monte i server perimetrali decentralizzati, che accedono alla tecnologia di archiviazione condivisa per fornire il controllo dell'intera rete. Questo schema richiede tre elementi chiave: la rete, il livello fisico (hardware da virtualizzare) e l'architettura software.

Una volta creata l'infrastruttura virtualizzata e tutti i dati sono accessibili, il passaggio successivo consiste nell'iniziare a utilizzare tali dati per estrarre informazioni, ad esempio cause di guasto, manutenzione predittiva, anomalie della rete e altro ancora. L'intelligence perimetrale in una sottostazione consente un sistema di gestione della distribuzione avanzato o ADMS. La sottostazione può ora raccogliere dati, completare la segregazione del carico, ottenere l'accesso alle informazioni aggiuntive necessarie e può iniziare a profilare ciascun alimentatore e analizzarne lo stato attuale.

Una volta raccolte e archiviate tutte le informazioni e il comportamento, è possibile creare un piano basato su analisi avanzate. Questo è quando la rete diventa un "sistema di sistemi" in cui ogni sottostazione diventa intelligente e, in definitiva, si autogestisce e fornisce le informazioni necessarie al centro di controllo.

Con la disponibilità di dati all’edge, siamo in grado di utilizzare le moderne tecnologie analitiche per comprendere meglio come funzionano i sistemi al fine di intraprendere azioni correttive prima che si verifichino guasti.