Le linee di trasmissione sono pronte per il futuro?
16 settembre 2020
Proteggere la rete dall’invecchiamento, dai cambiamenti climatici e dall’aumento dei carichi
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L’invecchiamento delle infrastrutture, i cambiamenti climatici e l’auto-produzione stanno cambiando il mondo in cui viviamo e influenzando il nostro accesso all’energia.
La rete elettrica che comprende centrali elettriche, sottostazioni e linee elettriche, è responsabile della fornitura di energia alle nostre case, edifici e automobili.
Ci sono tre aspetti della rete che richiedono in questo momento la massima attenzione: l’invecchiamento delle infrastrutture di trasmissione e distribuzione (T&D), l’invecchiamento dei software utilizzati per il monitoraggio e controllo e la difficoltà di gestire crescenti carichi di produzione distribuita dovuti al crescente sfruttamento delle risorse energetiche rinnovabili.
In questo articolo, tradotto e adattato dall’originale in lingua inglese, si portano degli esempi principalmente riferiti agli Stati Uniti, tuttavia, molte delle problematiche citate, come l’invecchiamento infrastrutturale e gli eventi climatici estremi sono una realtà anche in Europa e in Italia, pertanto alcune delle soluzioni proposte dall’autore offrono degli spunti interessanti anche per il nostro territorio.
Nel 2017 l’uragano Maria ha eliminato l’80% dei vecchi pali e linee di trasmissione di Porto Rico.
L’infrastruttura ha bisogno di potenziamento
Le infrastrutture, comprese quelle di T&D, hanno un’aspettativa di vita limitata. Molti dei pali, delle torri, dei conduttori e dei trasformatori più vecchi sono rimasti in servizio oltre la loro vita utile e, per di più, non sono stati costruiti pensando alle recenti temperature più elevate e tempeste più intense.
Le utility americane stanno progressivamente recuperando terreno facendo investimenti importanti per potenziare e sostituire gli asset deteriorati con quelli di nuova generazione progettati per resistere, ad esempio, agli incendi che dilaniano l’Ovest degli Stati Uniti e agli uragani che si abbattono su gran parte degli stati e sulle isole costiere meridionali.
L’invecchiamento delle infrastrutture, i cambiamenti climatici e l’auto-produzione stanno cambiando il mondo in cui viviamo e influenzando il nostro accesso all’energia.
A volte innescato dall’invecchiamento degli impianti di T&D, il numero di incendi negli Stati Uniti sta aumentando ad un ritmo allarmante. In effetti, la stagione degli incendi boschivi del 2018 in California è stata la più distruttiva e mortale mai registrata e ha mandato in fumo oltre 800 mila ettari (Ndr: nell’agosto del 2020 la California è stata dilaniata da una nuova ondata di incendi che hanno distrutto oltre 480 mila ettari in pochi giorni).
La sostituzione delle linee elettriche e dei pali fuori terra con strutture sotterranee sembrerebbe una soluzione ovvia a questi eventi sempre più intensi. Le utility tuttavia esitano ad adottare questa soluzione massicciamente poiché le linee sotterranee rimangono vulnerabili alle condizioni meteorologiche estreme e sono incredibilmente costose. Secondo l’Edison Electric Institute, l’interramento dei sistemi di distribuzione elettrica fuori terra può costare fino a 3 milioni di dollari al chilometro nelle aree urbane. Pertanto, le utility stanno ricorrendo ad un’opzione alternativa più economica nota come fire-hardening (letteralmente “resistenza al fuoco”), sostituendo i pali e le torri di legno con materiali come acciaio e cemento.
Gli incendi non sono comunque l’unico problema. Nell’ultimo decennio gli uragani hanno rappresentato una grave minaccia per le strutture di T&D. Ad esempio, nel 2004, la Florida ha subito una serie di tempeste che hanno lasciato senza corrente elettrica gran parte dello Stato. Come contromisura, diverse zone dello Stato hanno iniziato a migliorare le proprie infrastrutture di rete, rafforzando le proprie attrezzature. Dopo aver installato pali e tralicci in grado di resistere a venti di 130 km orari, i black-out sono notevolmente diminuiti in tutto lo Stato.
Sistemi di distribuzione elettrici fuori terra obsoleti ancora in funzione.
Aggiornare il modo in cui monitoriamo la nostra energia
Forse meno ovvio, ma altrettanto critico per il funzionamento sicuro e affidabile della rete è il software che le utility utilizzano per monitorare a distanza le stazioni di controllo, noto come "sistema di controllo di supervisione e acquisizione dati” (SCADA).
Negli Stati Uniti, molti di questi sistemi SCADA sono stati costruiti negli anni ’70 e ’80, quando la sicurezza informatica non era considerata una priorità: sono stati costruiti per aumentare l’efficienza e la sicurezza, a non per respingere gli attacchi informatici. In caso di successo, un attacco informatico potrebbe potenzialmente causare black-out estesi e prolungati.
Il Wall Street Journal ha riportato nel marzo 2014 che se solo 9 delle quasi 55.000 sottostazioni elettriche degli Stati Uniti si interrompessero, per problemi meccanici o attacchi dolosi, la nazione subirebbe un blackout da costa a costa. Al fine di ridurre la loro vulnerabilità, le utility dovranno dare priorità alla sicurezza di questi sistemi SCADA.
La stagione degli incendi del 2018 in California è stata la più distruttiva e mortale mai registrata, bruciando quasi 800 mila ettari.
Limitata capacità
Al fine di monitorare l’affidabilità della rete nella sua interezza, è importante guardare al crescente utilizzo di energia autoprodotta (ad esempio tramite eolico e solare), altrimenti nota come “energia distribuita”.
Le utility hanno progettato i loro sistemi sulla base del presupposto convenzionale di fornire energia ai propri consumatori, non il contrario. Quando i consumatori installano i propri impianti per produrre elettricità da convogliare sulla rete, il flusso inverso di energia può impattare i sistemi di rete obsoleti, creando numerosi problemi operativi.
In un rapporto del 2017, la California Public Utilities Commission (CPUC) ha affermato che senza il coordinamento con le apparecchiature di distribuzione presenti sulla rete, i sistemi distribuiti potrebbero causare oscillazioni di tensione, creare flussi di potenza inversi su circuiti non progettati per flussi a due vie e causare altri impatti sul sistema che potrebbero aumentare la frequenza e la durata delle interruzioni di servizio.
Per regolare la potenza e prevenire le interruzioni, le utility dovranno adottare reti più robuste e dinamiche e avranno bisogno di strumenti sofisticati per essere un passo avanti ai sistemi distribuiti prevedendone l’uso e gli impatti finanziari e operativi.
In caso di successo, un attacco informatico può potenzialmente interrompere e bloccare la fornitura elettrica ad un’intera nazione per giorni.
Lavorare insieme per potenziare le nostre infrastrutture
Aggiornare e potenziare la rete ad un livello che risponda all’invecchiamento delle infrastrutture, alle sfide dei cambiamenti climatici e ai bisogni di energia odierni richiederà cooperazione e collaborazione tra tutte le parti interessate: utility, enti di controllo, classe politica, comunità e consumatori.
Le utility dovranno predisporre piani di investimento solidi e convincenti. Gli enti di controllo dovranno adeguare i loro tradizionali modelli di tariffazione dei servizi per bilanciare in modo più efficace i nuovi profili di rischio delle utility, garantendo al contempo gli interessi dei loro clienti.
La rete elettrica è una componente fondamentale delle infrastrutture di ogni nazione. I responsabili politici di ogni livello (nazionale, statale e locale) dovrebbero valutare possibili finanziamenti e i consumatori dovrebbero avere una solida comprensione di come ogni installazione può influire sulla rete elettrica nazionale.
Sebbene il potenziamento della rete agli standard del XXI secolo non sia facile o economico, il costo di non agire supererà di gran lunga l’investimento in termini di effetti negativi sull’ambiente, sull’economia e sulla sicurezza nazionale.
Questo articolo, tradotto dall’inglese, è stato pubblicato originariamente sul blog internazionale di Stantec.