Quando si parla di “reti intelligenti” (smart grid) si fa riferimento a un sistema avanzato che consente di gestire la distribuzione dell’energia elettrica in modo efficiente e sicuro, riducendo rischi di sovraccarichi e ottimizzando le risorse disponibili. Tutto questo oggi è possibile grazie all’automazione della rete elettrica tradizionale, che permette di regolare la fornitura di elettricità in base alla domanda effettiva. La rete elettrica tradizionale, infatti, è realizzata su un modello centralizzato di distribuzione e trasmissione il cui punto di partenza sono le grandi centrali elettriche che, attraverso la rete di distribuzione locale, trasportano la corrente a tensioni elevate fino agli utenti finali che la ricevono a tensione più bassa. Le reti intelligenti, inoltre, sono in grado di individuare in autonomia eventuali problemi tecnici e risolverli attraverso un sistema di autoriparazione. Ulteriori vantaggi sono la sicurezza informatica e i ridotti costi di gestione e manutenzione, grazie alla tecnologia impiegata nel monitoraggio.
Come funziona la Smart Grid?
Il funzionamento di una rete intelligente prevede:
- il posizionamento di sensori lungo l’intera rete per raccogliere dati e monitorare costantemente le condizioni;
- un sistema di controllo e regolazione dei flussi energetici per ottimizzarne la distribuzione e l’utilizzo;
- l’automatizzazione del controllo dei consumi, ad esempio attraverso le autoletture dei contatori;
- i sistemi dedicati alla sicurezza della rete che ne garantiscono la stabilità.
Recentemente, lo sviluppo delle reti intelligenti è stato notevolmente accelerato dall’utilizzo delle energie rinnovabili come l’eolico e il solare. Sono fonti di energia facilmente gestibili attraverso una rete intelligente che è dotata di sensori, software di gestione e contatori intelligenti. Questo aumenta le possibilità di controllo e di stoccaggio dell’energia, assicurandone una distribuzione continua e più stabile sull’intera rete.
L’elettronica di potenza nelle reti intelligenti
A svolgere un ruolo chiave all’interno delle reti intelligenti sono i dispositivi elettronici di potenza perché rendono possibile la conversione, la regolazione e il controllo del flusso di elettricità. In particolare, giocano un ruolo fondamentale in tutti i sistemi di gestione che hanno il compito di supervisionare milioni di batterie connesse alla rete.
I principali aspetti dell’elettronica di potenza nelle reti intelligenti comprendono:
- la conversione CA/CC dove dispositivi, come raddrizzatori e inverter, convertono l’elettricità alternata in continua e viceversa;
- la conversione CC/CC dove dispositivi, come i convertitori CC/CC, regolano la tensione e la corrente in varie parti del sistema assicurando l’efficienza della trasmissione e della distribuzione dell’energia;
- il condizionamento dell’alimentazione mediante filtri e trasformatori che ottimizza la qualità del segnale di alimentazione adattandolo a diverse applicazioni.
La maggior parte dei dispositivi elettronici attualmente impiegati nelle reti intelligenti includono:
- i convertitori elettronici di potenza che sono essenziali per gestire il flusso energetico, garantendo una distribuzione flessibile ed efficiente dell’alimentazione;
- i sistemi di accumulo energetico che utilizzano l’elettronica di potenza per controllare la carica e la scarica di batterie e di altri dispositivi, consentendo loro di immagazzinare e rilasciare energia quando necessario;
- i sistemi di energia rinnovabile che sfruttano l’elettronica di potenza per convertire ed elaborare l’elettricità prodotta da fonti come il sole e il vento.
Nell’insieme, tutti questi aspetti favoriscono le numerose applicazioni dell’elettronica di potenza nelle reti intelligenti. Le principali comprendono:
- la gestione dell’accumulo energetico che regola la carica delle batterie e ottimizza l’uso delle riserve energetiche;
- l’integrazione delle energie rinnovabili facilitata dalla conversione e dal controllo del flusso energetico;
- la risposta alla domanda e la gestione dei picchi di consumo dato che l’elettronica di potenza aiuta a modulare la richiesta di energia durante i periodi di punta, riducendo l’impatto sulla rete;
- il miglioramento della qualità dell’alimentazione attraverso tecniche di controllo che riducono il rumore e le distorsioni nel sistema di alimentazione migliorandone la qualità complessiva.
Nell’insieme, tutte queste applicazioni rappresentano la principale innovazione del sistema elettrico a cui si farà sempre più riferimento in futuro.
L’ingegnere elettronico nelle reti intelligenti
Considerando le opportunità che offrono, le smart grid rappresentano una strategia importante nella lotta contro il cambiamento climatico. Sia in Italia che in Europa sono stati finanziati diversi progetti per promuoverne lo sviluppo e al centro di tali iniziative si colloca la figura dell’ingegnere elettronico.
Il settore delle reti elettriche, infatti, offre molteplici opportunità di lavoro per gli ingegneri elettronici che desiderano entrare nel mondo dell’energia. Questa figura professionale è estremamente versatile e può trovare sbocchi nel reparto di ricerca e sviluppo, contribuendo alla progettazione di sistemi innovativi, ma anche nel reparto tecnico, fornendo supporto sul campo durante le operazioni di installazione. Inoltre, gli ingegneri elettronici possono anche essere coinvolti nella gestione delle richieste dei clienti e assumere ruoli manageriali nell’ambito dello sviluppo di procedure interne per migliorare i prodotti.
Un’altra opportunità per l’ingegnere elettronico è quella di formare gli installatori, creare una rete di nuovi collaboratori e fornire supporto nelle sedi affiliate. Sotto questo punto di vista, il suo ruolo diventa ancora più cruciale nell’ampliamento e nel consolidamento della struttura aziendale. Infatti, l’ingegnere elettronico trova un solido coinvolgimento nella definizione di nuovi obiettivi correlati a specifiche opportunità di mercato, nella preparazione dei requisiti di sistema e nelle specifiche funzionali dei prodotti, come inverter, dispositivi di accumulo di energia, contatori intelligenti e colonnine di ricarica per veicoli elettrici.
Le reti elettroniche intelligenti sono una reale necessità a cui il mercato energetico sta lavorando da anni e le imprese sono continuamente alla ricerca di ingegneri elettronici per integrarli nel loro organico, evidenziando l’importanza delle loro competenze ed esperienze. Qui segnaliamo alcune offerte di lavoro:
https://www.regalgrid.com/smart-grid-support-engineer/
Le competenze dell’ingegnere elettronico nelle reti intelligenti sono talmente rilevanti che, negli ultimi anni, diverse università hanno istituito corsi specifici all’interno delle lauree triennali e magistrali di ingegneria elettronica. Per esempio, il corso di laurea in Ingegneria elettronica dell’Università di Catania prevede un insegnamento interamente dedicato dal titolo “Electric Power Distribution and Utilization” mentre all’Università di Firenze è stato istituito il corso “Circuiti e Sistemi Elettrici per le Smart Grid”. Ma il primo Corso di Laurea Magistrale per la formazione di ingegneri elettronici specializzati nelle energie rinnovabili è stato istituito dal Politecnico di Milano in collaborazione con Enel. Si tratta di un percorso accademico all’interno di Ingegneria Elettrica in lingua inglese e interamente dedicato alle reti intelligenti. Sulla stessa linea, è stato successivamente avviato anche il primo Master di secondo livello internazionale dedicato alla formazione di esperti nel campo delle reti intelligenti. Il Master si rivolge a neolaureati e ha l’obiettivo di formare professionisti altamente qualificati in grado di affrontare i problemi di progettazione e gestione delle reti digitali, e di promuovere l’innovazione tecnologica nel campo della distribuzione energetica.
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