Sistemi di misurazione intelligenti | La Germania non è indietro: perché i nostri contatori intelligenti sono un modello internazionale

Sistemi di misurazione intelligenti: il vantaggio strategico della Germania nella fornitura digitale di energia elettrica

La Germania è sull'orlo di una profonda trasformazione del suo approvvigionamento energetico. Al centro di questa rivoluzione digitale c'è l'implementazione a livello nazionale di sistemi di misurazione intelligenti, comunemente noti come contatori intelligenti. Questi sistemi annunciano un'era in cui l'elettricità non viene più semplicemente consumata passivamente, ma controllata e ottimizzata in modo intelligente. Per lungo tempo, la Germania è stata criticata per il suo approccio apparentemente titubante all'implementazione dei contatori intelligenti, mentre altri paesi europei come Svezia, Danimarca e Italia si affidano a questa tecnologia da anni. Tuttavia, quello che a prima vista sembra uno svantaggio, a un esame più attento si rivela un vantaggio strategico che potrebbe catapultare la Germania all'avanguardia di una nuova generazione di reti intelligenti.

Gli esperti sottolineano che l'approccio tedesco, sebbene lanciato più tardi, offre funzionalità cruciali e una flessibilità che mancano a molti dei primi sistemi. Un sistema di smart metering è molto più di un semplice contatore elettrico digitale. È il cuore di un'infrastruttura di comunicazione bidirezionale altamente sicura che collega consumatori, produttori e gestori di rete. I più elevati standard di sicurezza, certificati dall'Ufficio Federale per la Sicurezza Informatica (BSI), svolgono un ruolo centrale nel garantire l'integrità e la privacy dei dati. Questa tecnologia apre la strada a tariffe elettriche dinamiche, ottimizza la gestione energetica nelle abitazioni e nelle aziende e consente applicazioni orientate al futuro come la ricarica bidirezionale dei veicoli elettrici, dove il veicolo elettrico diventa un dispositivo di accumulo di energia mobile.

Con una chiara tabella di marcia per l'implementazione, che diventerà obbligatoria per molte famiglie e strutture a partire dal 2025, e un sistema intelligente di distribuzione dei costi, la Germania si sta preparando a una profonda trasformazione del mercato energetico. Questo include tutto, dalle basi tecniche e dai canali di comunicazione al potenziale per un approvvigionamento energetico resiliente e climaticamente neutro.

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Un inizio ritardato con un vantaggio strategico

Mentre altri Paesi europei utilizzano i contatori intelligenti da anni, la Germania è rimasta molto indietro. In Svezia, Danimarca e Italia, quasi tutte le famiglie sono dotate di un contatore intelligente, mentre in Germania, attualmente, meno del 5% delle famiglie dispone di questa tecnologia. Questo ritardo, tuttavia, non è stato una svista, ma parte di un piano attentamente ponderato.

Ingo Schönberg, vicepresidente del Forum Network Technology/Network Operation (FNN) della VDE (Associazione per le tecnologie elettriche, elettroniche e dell'informazione), riassume perfettamente la situazione: la Germania è forse in ritardo, ma sta portando le soluzioni giuste. Mentre altri Paesi sono in grado di monitorare i consumi da tempo, mancano loro la flessibilità e la controllabilità che il sistema tedesco offrirà.

La base tecnica: più di un semplice contatore elettrico

Un sistema di misurazione intelligente è molto più di un contatore elettrico digitale convenzionale. Il suo cuore è il gateway del contatore intelligente, un'unità di comunicazione altamente sicura che collega il contatore a vari sistemi. Questa combinazione di moderne apparecchiature di misurazione e gateway consente la comunicazione bidirezionale tra consumatori, produttori e gestori di rete.

L'Ufficio federale per la sicurezza informatica (BSI) svolge un ruolo centrale in questo processo. Non solo certifica i gateway dei contatori intelligenti secondo i più elevati standard di sicurezza, ma ne sviluppa costantemente anche i requisiti tecnici. Attualmente, cinque produttori indipendenti possiedono tutte le certificazioni necessarie per l'implementazione dei contatori intelligenti.

Di particolare importanza sono i cosiddetti quadri di controllo o moduli CLS (Controllable Local Systems), che consentono il controllo preciso degli impianti di generazione e dei dispositivi di consumo energetico. Questi componenti sono stati recentemente certificati da diversi produttori e consentono sia il controllo a gradini tramite relè che il controllo continuo tramite lo standard EEBus.

Comunicazione tramite vari canali

La trasmissione dei dati avviene attraverso molteplici canali di comunicazione. La dorsale è una rete in fibra ottica dedicata che collega tutti i punti di connessione alla rete. Per i contatori intelligenti nelle abitazioni sono disponibili due opzioni principali: reti mobili e la banda di frequenza a 450 MHz, specificamente riservata al settore energetico.

La rete a 450 MHz offre particolari vantaggi grazie alla sua ampia portata e alla buona penetrazione negli edifici. Ciò consente di raggiungere in modo affidabile i contatori intelligenti anche in scantinati o in luoghi difficilmente accessibili. L'Agenzia Federale per le Reti ha assegnato queste frequenze a 450connect GmbH fino al 2040, che dal 2021 guida lo sviluppo della rete nazionale. Si prevede che la rete radio a 450 MHz sarà disponibile a livello nazionale a partire dal 2025.

La roadmap di lancio: introduzione strutturata entro il 2030

Il quadro giuridico per l'implementazione dei contatori intelligenti è stato istituito con la Legge sul riavvio della digitalizzazione della transizione energetica. A partire da gennaio 2025, i consumatori con un consumo annuo di almeno 6.000 kilowattora sono tenuti a installare un sistema di misurazione intelligente. Lo stesso vale per i gestori di impianti di generazione con una capacità installata di almeno sette kilowatt, nonché per i dispositivi di consumo controllabili.

Il programma di implementazione segue una tempistica ambiziosa: entro la fine del 2025, il 20% dei clienti soggetti a requisiti di installazione obbligatori dovrebbe essere già dotato di sistemi di smart metering, il che corrisponde a oltre 2,5 milioni di dispositivi. Entro il 2030, l'implementazione dovrebbe essere completata almeno al 95%. I dati attuali della Federal Network Agency mostrano che entro la fine del 2024, il 13,91% dei clienti soggetti a requisiti di installazione obbligatori era già dotato di un sistema di smart metering.

Inoltre, dal 2025 tutti i consumatori hanno il diritto di richiedere volontariamente un sistema di misurazione intelligente, indipendentemente dai propri consumi. Il gestore del punto di misurazione deve soddisfare tale richiesta entro quattro mesi.

Trasparenza dei costi e distribuzione equa

Dal 2024, i costi dei sistemi di smart metering sono ripartiti tra consumatori e gestori di rete. Per la maggior parte delle famiglie, ciò equivale a un costo annuo di 20 € (lordi), mentre per gli apparecchi controllabili come wallbox o pompe di calore, il costo è di 50 € all'anno. Eventuali costi eccedenti tale importo sono a carico del gestore di rete, che beneficia di informazioni più dettagliate sullo stato della rete grazie ai sistemi di smart metering e può ottimizzare la gestione della rete.

Tuttavia, il Ministero Federale dell'Economia e della Protezione del Clima sta pianificando aumenti dei costi per le installazioni volontarie. I costi di installazione una tantum dovrebbero aumentare da 30 a 100 euro, mentre i costi di gestione annuali di ulteriori 30 euro. Questo aumento ha suscitato critiche da parte delle associazioni di tutela dei consumatori, in quanto potrebbe rendere meno attraente la partecipazione alla transizione energetica.

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Flessibilità attraverso il controllo intelligente

Un vantaggio fondamentale della nuova tecnologia risiede nella sua flessibilità. Invece di interventi diretti sui singoli sistemi, il sistema si basa sulla definizione di corridoi nel punto di connessione alla rete. Entro questi limiti, superiore e inferiore, i consumatori finali possono utilizzare o immettere la propria energia elettrica in base al proprio fabbisogno. Gli interventi di controllo si verificano solo al superamento di tali limiti.

Questo approccio evita la necessità di accendere direttamente impianti solari privati ​​o wallbox. Al contrario, l'accorpamento di reti più ampie garantisce il bilanciamento locale prima che si verifichino interventi a media e alta tensione. Una volta raggiunto l'80% dei punti di consumo, le fluttuazioni rimanenti possono essere compensate.

Le moderne tecnologie di controllo consentono inoltre di regolare la potenza degli impianti di produzione anziché spegnerli completamente. Il limite di controllo per gli impianti di generazione è stato aumentato dagli originali due a sette kilowatt per ridurre il carico sui sistemi residenziali più piccoli.

Ricarica bidirezionale e veicolo-rete

Uno sviluppo particolarmente innovativo è la ricarica bidirezionale dei veicoli elettrici. Questa tecnologia, nota anche come Vehicle-to-Grid (V2G), consente alle auto elettriche non solo di ricaricarsi, ma anche di immettere elettricità nella rete quando necessario. Questo trasforma le batterie dei veicoli in unità di accumulo di energia mobili in grado di stabilizzare la rete elettrica.

La ricarica bidirezionale può assorbire l'energia in eccesso da fonti rinnovabili e rilasciarla quando necessario. Ciò contribuisce alla stabilità della rete e può ridurre i costi della mobilità elettrica. Sebbene la tecnologia sia già disponibile, attualmente sono principalmente i veicoli asiatici dotati di connettori CHAdeMO a esserne dotati.

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Tariffe elettriche dinamiche: i prezzi seguono l'offerta

Con l'introduzione dei sistemi di misurazione intelligente, anche le tariffe elettriche dinamiche stanno diventando realtà. Dal 2025, tutti i fornitori di energia sono tenuti a offrire tariffe variabili. Queste si adeguano ogni ora ai prezzi della borsa elettrica e consentono ai consumatori di beneficiare di periodi di prezzi più bassi.

Le tariffe dinamiche funzionano particolarmente bene in combinazione con i sistemi di misurazione intelligenti, poiché consentono la registrazione e la fatturazione tempestiva dei consumi. I consumatori possono spostare strategicamente i consumi di elettricità nelle fasce orarie con prezzi più bassi, ad esempio quando ricaricano auto elettriche o utilizzano elettrodomestici ad alto consumo energetico.

I prezzi variano notevolmente a seconda della domanda e dell'offerta. Nelle giornate soleggiate e ventose con elevata produzione di energia rinnovabile, i prezzi possono essere molto bassi o addirittura negativi, mentre aumentano significativamente quando la domanda è elevata. Questi segnali di prezzo contribuiscono a un migliore allineamento tra consumi e produzione.

La sicurezza e la protezione dei dati sono priorità fondamentali

La Germania attribuisce particolare importanza alla sicurezza dei sistemi di smart metering. Il BSI (Ufficio Federale per la Sicurezza Informatica) ha sviluppato linee guida tecniche complete e certifica tutti i componenti secondo i più elevati standard di sicurezza informatica. I gateway dei contatori intelligenti dispongono di moduli di sicurezza standardizzati e integrati che garantiscono una comunicazione affidabile.

Un aspetto importante è che non vi è alcuna connessione con il sistema informatico locale. La comunicazione avviene tramite canali separati e sicuri per tutelare la privacy degli utenti. Il sistema è progettato in modo che diverse associazioni siano coinvolte nel suo sviluppo e nella sua sicurezza.

Smart Grid e livello di media tensione

Il controllo della rete intelligente avviene principalmente a livello di media e alta tensione. La moderna tecnologia dei sensori consente di monitorare e controllare in modo intelligente anche questi livelli di rete. Soluzioni innovative come i sensori di corrente e tensione integrati per la media tensione possono essere facilmente integrate nelle sottostazioni di rete locali esistenti.

Questi sensori registrano costantemente i parametri di rete e ne consentono il monitoraggio automatizzato. Costituiscono un elemento fondamentale per le future reti intelligenti, caratterizzate da sistemi intelligenti per la registrazione, l'analisi, il controllo, l'accumulo e la trasmissione sicura dell'elettricità.

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Resistenza al blackout e resilienza alle crisi

Particolare attenzione è rivolta alla resilienza del sistema ai blackout. Il Metering Point Operation Act stabilisce che i gestori dei punti di misurazione possono essere obbligati a utilizzare una connessione di telecomunicazione ininterrotta e a prova di blackout. Ciò è fondamentale per la stabilità del sistema, poiché il sistema di smart metering è sempre più responsabile del controllo dei sistemi decentralizzati.

Il concetto distingue tra resistenza al blackout e robustezza al blackout. Mentre i sistemi resistenti al blackout continuano a funzionare anche durante un'interruzione di corrente, i sistemi resistenti al blackout sono nuovamente controllabili pochi minuti dopo il ripristino della tensione di rete. Per la maggior parte delle installazioni dei clienti, un design resistente al blackout è considerato sufficiente, in quanto significativamente più conveniente.

Modello di ruolo internazionale

Sebbene la Germania abbia iniziato tardi, il suo sistema di contatori intelligenti sta diventando un modello internazionale. I Paesi Bassi implementeranno un sistema quasi identico a partire dal 2027. Pur eliminando gradualmente l'attuale sistema di net metering, stanno basando il loro approccio sulla soluzione tedesca per i sistemi di misurazione intelligenti.

Un confronto tra i vari Paesi europei rivela che i diversi Paesi hanno adottato approcci diversi. L'Italia è stata pioniera, introducendo i contatori intelligenti già nel 2001. Anche la Svezia ha raggiunto una copertura pressoché completa. Tuttavia, questi primi sistemi si concentravano principalmente sul monitoraggio dei consumi e non offrivano le opzioni di controllo complete del sistema tedesco.

Gestione energetica per famiglie e aziende

I sistemi di misurazione intelligente consentono un approccio completamente nuovo alla gestione energetica per abitazioni private e aziende. Registrando dettagliatamente i consumi elettrici, gli utenti possono ottimizzare i propri modelli di consumo e risparmiare sui costi. I sistemi non solo visualizzano i consumi attuali, ma forniscono anche una ripartizione per diversi periodi di tempo.

Diventa particolarmente interessante se abbinato a sistemi di generazione decentralizzati come gli impianti fotovoltaici. Le famiglie diventano così dei cosiddetti "prosumer", che consumano e producono elettricità. Il sistema di smart metering coordina automaticamente la produzione e il consumo e ottimizza l'immissione in rete.

Il ruolo dell'infrastruttura in fibra ottica

L'infrastruttura in fibra ottica svolge un ruolo cruciale nella misurazione intelligente. Le reti in fibra ottica ad alte prestazioni forniscono la larghezza di banda e la velocità di trasmissione necessarie per la comunicazione in tempo reale dei sistemi di misurazione intelligenti. Con le massime capacità, le latenze più basse e un'immunità praticamente totale alle interferenze elettromagnetiche, la fibra ottica è la tecnologia di trasmissione ideale.

Alcuni fornitori di energia utilizzano già le proprie reti in fibra ottica per i collegamenti dei contatori intelligenti. Ciò consente una trasmissione dati bidirezionale all'avanguardia senza ulteriori investimenti nell'infrastruttura di comunicazione. Deutsche GigaNetz, ad esempio, sta investendo 1,5 milioni di euro per l'ammodernamento dei propri punti di distribuzione con contatori intelligenti e pannelli solari.

Prospettive e potenzialità future

La rete intelligente è considerata una delle tecnologie chiave per la transizione energetica della Germania. Consente l'integrazione ottimale delle energie rinnovabili, che già coprono il 56% del fabbisogno elettrico tedesco. La rete intelligente può reagire alla volatilità dell'energia solare ed eolica legata alle condizioni meteorologiche e utilizzarla in modo più efficiente.

La flessibilità del sistema consente l'emergere di nuovi modelli di business. Le aziende energetiche possono offrire servizi innovativi e le famiglie con una propria produzione di energia elettrica possono partecipare direttamente al mercato dell'energia. Anche la gestione energetica per le aziende sta subendo una rivoluzione, poiché i sistemi di controllo intelligenti contribuiscono a risparmiare energia e a contenere i costi.

Il governo tedesco sta promuovendo massicciamente l'espansione delle reti intelligenti. L'obiettivo è aumentare la quota di energie rinnovabili nel consumo di elettricità ad almeno l'80% entro il 2030 e raggiungere la completa neutralità climatica entro il 2045. La rete intelligente è una componente essenziale per raggiungere questi ambiziosi obiettivi.

Un percorso ben ponderato verso il futuro energetico

La Germania potrebbe aver avviato l'implementazione dei sistemi di smart metering più tardi rispetto ad altri Paesi, ma questo apparente svantaggio si sta rivelando un vantaggio strategico. Il sistema tedesco offre non solo il monitoraggio dei consumi, ma anche opzioni di controllo complete che consentono un settore energetico flessibile ed efficiente. Con i più elevati standard di sicurezza, una tecnologia sofisticata e un chiaro piano di implementazione, la Germania è pronta a compiere il salto verso un futuro energetico digitale che sta attirando l'attenzione internazionale e sta già ispirando imitatori.

I sistemi di smart metering sono più di semplici contatori elettrici moderni: costituiscono la base di un sistema energetico completamente nuovo, in grado di rispondere in modo flessibile alle sfide della transizione energetica. Dalle tariffe elettriche dinamiche alla ricarica bidirezionale, fino all'integrazione di impianti di generazione decentralizzati, la smart grid sta preparando la Germania per un futuro energetico sostenibile.

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