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uffici monitorati
ENEA potenzia la flessibilità energetica degli Smart Buildings con Apio
Use Case
Flessibilità energetica
La rivoluzione che sta vivendo il settore energetico è plasmata dall’applicabilità e l’utilizzo delle diverse tecnologie per far fronte alle sfide di settore. In questo contesto, l’ENEA (Agenzia Nazionale per le Nuove Tecnologie, l'Energia e lo Sviluppo Economico Sostenibile) si posiziona all'avanguardia con il suo ultimo prototipo di edificio smart, situato presso il Centro Ricerche della Casaccia a Roma.
Il progetto si distingue per l'integrazione di un impianto fotovoltaico (PV) con sistema di accumulo energetico, complementato dall'impiego di soluzioni innovative quali l'Automatic Demand Response (ADR) per la gestione energetica avanzata e la Blockchain per la gestione trasparente dei flussi energetici. Queste tecnologie consentono una regolazione dinamica del consumo energetico in base ai prezzi di mercato, ottimizzando l'efficienza energetica e riducendo le emissioni di CO2.
Il sistema fotovoltaico fornisce energia rinnovabile diretta, mentre il meccanismo di accumulo permette la conservazione dell'energia in eccesso per un utilizzo differito, massimizzando così l'autosufficienza energetica dell'edificio. L'ADR facilita l'adattamento automatico del carico energetico dell'edificio in risposta a segnali di prezzo o disponibilità energetica, migliorando l'integrazione con la rete e contribuendo all'equilibrio domanda-offerta. La tecnologia Blockchain supporta la trasparenza e la sicurezza nelle transazioni energetiche, permettendo una gestione affidabile e decentralizzata dell'energia.
Queste soluzioni, implementate nell'edificio prototipo dell'ENEA, promuovono non solo l'efficienza energetica e la riduzione dell'impronta carbonica, ma anche l'integrazione di fonti rinnovabili nel mix energetico, rafforzando la resilienza e la sostenibilità del sistema energetico complessivo. Il progetto si propone come benchmark per lo sviluppo di edifici intelligenti capaci di operare in maniera più autonoma e integrata con le infrastrutture energetiche esistenti, evidenziando il ruolo cruciale dell'innovazione tecnologica nel perseguimento degli obiettivi di sostenibilità energetica.
I numeri del progetto Dhomus
+75
sensori per il monitoraggio indoor
+10%
saving energetico
Flessibilità energetica nel progetto Smart Buildings
Nell'ambito del programma "Ricerca di Sistema Elettrico", finanziato dal Ministero dell’Ambiente e della Sicurezza Energetica, oltre al progetto Dhomus, l’ENEA ha dato vita all'iniziativa "Smart Buildings".
Questo progetto mira a esplorare l'intersezione tra tecnologie emergenti e gestione dell'efficienza energetica negli edifici, stabilendo un impianto pilota di riferimento presso il Centro Ricerche ENEA Casaccia a Roma. L'obiettivo è di evidenziare il significativo che può avere la tecnologia nel rendere gli edifici intelligenti così da poter ottimizzare il consumo energetico.
Attraverso la collaborazione con Apio, il progetto "Smart Buildings" ha delineato un iter progressivo per l'implementazione di tecnologie d'avanguardia e di competenze specialistiche nel campo dell'Internet of Things (IoT), dei protocolli di comunicazione avanzati e della gestione strategica dell'efficienza energetica. Un risultato significativo è stata la creazione di una piattaforma tecnologica innovativa, progettata per minimizzare i consumi energetici attraverso la personalizzazione dell'uso energetico basata sulle reali necessità degli occupanti e l'integrazione efficace delle fonti di energia rinnovabile.
Il progetto ha successivamente visto un’evoluzione verso l'integrazione di meccanismi di flessibilità di rete, consentendo all'edificio di adattare il proprio fabbisogno energetico in maniera dinamica. Questa capacità di adattamento si basa sulla disponibilità di energia elettrica generata in loco tramite impianti fotovoltaici, sulle richieste e condizioni della rete elettrica (quali picchi di domanda o congestioni) e sui prezzi dell'energia comunicati dal mercato energetico con anticipazione (tipicamente con un giorno di preavviso). Questa strategia consente un'ottimizzazione dell'efficienza energetica dell'edificio, garantendo al contempo la sua integrazione proattiva con le dinamiche del sistema elettrico complessivo, favorendo la gestione della domanda e l'equilibrio della rete mediante l'uso di risorse energetiche distribuite e rinnovabili.
Un edificio che, in tutti i suoi uffici, è predisposto per adattarsi dinamicamente in base alla disponibilità di energia elettrica prodotta dall’impianto fotovoltaico, alle richieste provenienti dalla rete elettrica, alla curva dei prezzi e al comportamento degli utenti.
L'impiego di dispositivi IoT e Cloud
L'intervento strategico di Apio ha catalizzato l'adozione di soluzioni all'avanguardia nel campo dell'IoT (Internet of Things), portando alla creazione di una piattaforma sofisticata per il management dei flussi energetici, che rappresenta l'elemento cardine del prototipo di edificio intelligente realizzato nell'edificio F40 dall'ENEA presso il Centro Ricerche Casaccia a Roma. Questa evoluzione tecnologica ha rappresentato un vero e proprio cambio di paradigma nella capacità di gestire e processare in real-time volumi massivi di dati. I sensori dislocati strategicamente per il monitoraggio dei consumi energetici e per valutare le condizioni di comfort interno trasmettono i dati raccolti a un database cloud dedicato, progettato per aggregare, strutturare e analizzare i dati acquisiti al fine di generare indicatori di performance altamente affidabili.
Fonte: ENEA
Il sistema implementato possiede capacità avanzate di gestione degli attuatori presenti nell'infrastruttura edilizia, permettendo così un controllo remoto mirato dei flussi energetici tra edificio e impianti. Questo si traduce in una significativa riduzione dei consumi energetici o in una modulazione ottimizzata della domanda energetica basata su parametri di efficienza e sostenibilità.
La materializzazione di questo prototipo ha affrontato numerose sfide tecniche, in particolare nell'integrazione di tecnologie wireless e plug-and-play in un edificio preesistente. La necessità di armonizzare dispositivi eterogenei, ciascuno basato su propri standard e protocolli di comunicazione, ha reso indispensabile lo sviluppo di un gateway locale. Quest'ultimo agisce da interfaccia tra i dispositivi e il cloud, assicurando l'integrità, la sicurezza e l'efficienza del flusso di dati. L'implementazione di un framework unificato per l'interpretazione dei diversi protocolli di automazione edilizia ha consentito di superare le barriere iniziali, evidenziando l'efficacia delle soluzioni tecnologiche adottate nel garantire un sistema energetico integrato, sicuro e ottimizzato.
Fonte: ENEA
In un'implementazione pratica, l'adattabilità operativa è stata assicurata mediante la modulazione precisa dei parametri di controllo (set points) delle unità di pompa di calore, strumenti chiave per la termoregolazione degli spazi attraverso processi di raffreddamento e condizionamento. Questo intervento tecnico si inserisce in un contesto di ottimizzazione energetica, dove, in aggiunta, è stata implementata un'automazione avanzata per la gestione degli infissi in determinate aree, consentendo l'apertura controllata in periodi estivi. Tale meccanismo sfrutta la variazione termica significativa (delta di temperatura) tra ambiente interno ed esterno, attivando l'apertura automatica delle finestre per stabilizzare la temperatura interna secondo parametri di comfort ottimali, riducendo al contempo il fabbisogno energetico per la climatizzazione artificiale degli spazi lavorativi.
Questa formulazione mette in luce non solo l'aspetto pratico delle soluzioni adottate ma anche il loro inserimento in una strategia di gestione intelligente ed efficiente delle risorse energetiche, focalizzando l'attenzione sulle tecnologie avanzate e sull'automazione come pilastri per la sostenibilità e l'efficienza energetica nel settore.
Fonte: ENEA
L'Integrazione della Blockchain per gestire la flessibilità energetica
Il progetto Smart Buildings, estendendo la ricerca oltre la mera efficienza energetica intrinseca degli edifici, ha esplorato le sinergie e le potenzialità per assicurare un'ottimale flessibilità di rete. In questo contesto, l'impiego di tecnologia Blockchain ha rivestito un ruolo chiave, garantendo trasparenza e integrità senza precedenti nelle transazioni energetiche.
La struttura del sistema è stata concepita per essere estremamente reattiva alle variazioni della domanda energetica, attraverso l'integrazione sinergica dell'impianto fotovoltaico con accumulo, dispositivi IoT e le infrastrutture cloud e Blockchain. Tale configurazione ha permesso lo sviluppo di un avanzato sistema di gestione della flessibilità energetica, predisposto per adeguarsi dinamicamente ai Set-Point emessi dagli Aggregatori di mercato, seguendo un protocollo rigorosamente definito. Le specifiche tecniche impongono la trasmissione di richieste di Set-Point su base quadri-oraria, con 16 valori di potenza per ogni intervallo ogni 15 minuti, stabilendo ad esempio che il punto di consegna (POD) mantenga il consumo energetico entro i limiti prefissati, come 1000 Watt per un dato quarto d'ora.
Per integrare efficacemente l'edificio e gli utenti nel sistema, sono stati proposti due principali meccanismi di notifica:
- Notifiche informative riguardanti la ricezione di richieste di Set-Point e gli avvisi di imminente superamento dei limiti di potenza nei periodi di flessibilità. Queste ultime possono essere associate a sistemi automatici di disconnessione dei carichi, gestiti dall'Energy Management System (EMS), come Smart Plug o Micro-Switch.
- Interazione con i sistemi di accumulo energetico, per automatizzare la risposta alle richieste di flessibilità mediante un algoritmo di bilanciamento energetico.
La procedura di attivazione del servizio prevede l'emissione di comandi dal distributore di sistema (DSO) a un dispositivo, denominato Light Node, installabile anche su Edge Devices con sistema operativo Linux in loco, responsabile della certificazione delle misurazioni e del monitoraggio dei comportamenti energetici. Il Light Node, aggiornando ogni 15 minuti i Set-Point nel sistema di controllo centralizzato e accedendo ai dati del contatore elettrico tramite tecnologia Chain 2 quando possibile o conta impulsi, abilita strategie di monitoraggio in tempo reale dell'adesione alle politiche di flessibilità energetica.
Attraverso l'analisi dettagliata dei dati energetici monitorati, si è sviluppato un approccio innovativo incentrato su un sistema di premi e penalità, legato all'autoconsumo energetico e al Prezzo Unico Nazionale (PUN) dell'energia elettrica, impiegando i token come metrica di valutazione. Questo meccanismo incentiva l'ottimizzazione dei consumi energetici e promuove un modello di cooperazione e sinergia tra i membri della comunità energetica, orientandoli verso pratiche di consumo più consapevoli e sostenibili.
Il prototipo di edificio smart sviluppato dall'ENEA illustra il potenziale delle tecnologie di integrazione di impianti fotovoltaici con sistemi di accumulo, dispositivi IoT, soluzioni cloud e Blockchain per realizzare strutture capaci di adattarsi flessibilmente alle esigenze energetiche e di favorire un approccio sostenibile al consumo energetico. Questa iniziativa getta le basi per l'evoluzione futura nel campo dell'efficienza energetica e della gestione intelligente dell'energia, sottolineando l'importanza cruciale delle innovazioni tecnologiche per il raggiungimento di soluzioni efficaci e sostenibili nel settore energetico.
