La rete che pensa

Di scontato, insomma, in questo sistema non c’è proprio nulla. Affinché possa operare, permettendoci di alimentare gli elettrodomestici e le lampadine delle nostre case senza preoccuparci di ciò che succede al di là della presa, la quantità di elettricità immessa nel sistema e quella prelevata devono rimanere continuamente in equilibrio. Il difficile compito di garantire questo equilibrio spetta alla rete elettrica: un organismo capillare composto da linee a diversi livelli di tensione che trasportano l’elettricità, stazioni e trasformatori che ne modificano la tensione per renderla compatibile con gli usi che ne facciamo, quadri di protezione che sorvegliano ciò che accade sulla rete. E finora ha funzionato piuttosto bene. Oggi, però, gli elementi che compongono questo sistema si stanno configurando in un nuovo assetto, e la rete è chiamata inevitabilmente a evolversi.

L’era dell’elettricità

L’International Energy Agency (IEA) ha annunciato l’arrivo di una nuova epoca caratterizzata da consumi elettrici in costante crescita, con un tasso due volte superiore di quello della domanda energetica complessiva. L’ha chiamata, appunto, “Era dell’elettricità”. Nei prossimi cinque anni si prevede una crescita media annua del 3,6% della domanda di elettricità a livello globale, l’equivalente di circa 1.100 TWh. Per offrire un termine di paragone, più di tre volte l’intero fabbisogno elettrico italiano nel 2025.

A sostenere questa crescita sono cambiamenti che coinvolgono tanto l’industria quanto l’intero tessuto sociale. L’elettrificazione dei servizi e dei processi è uno degli strumenti con cui stiamo cercando di decarbonizzare la mobilità e gli edifici che abitiamo: le auto elettriche e le pompe di calore stanno sostituendo tecnologie tradizionalmente alimentate da combustibili fossili. Nel frattempo la digitalizzazione, l’avvento dell’industria 4.0 e il proliferare dei data center che alimentano l’intelligenza artificiale stanno delineando nuovi grandi consumatori di energia. Il rapporto delle Nazioni Unite sui consumi ambientali dell’intelligenza artificiale ci dice che, nel 2025, i data center hanno consumato a livello globale circa 448 TWh di elettricità, pari all’1,5% della domanda mondiale (più dei circa 311 TWh consumati in Italia nello stesso anno). Una quota che sta sperimentando una crescita vertiginosa secondo i rilievi dell’IEA, considerando che solo nell’ultimo anno la loro richiesta di energia elettrica è aumentata del 17%.

A fianco all’aumento dei consumi, compaiono i primi segnali dell’affermarsi delle energie rinnovabili nella produzione elettrica mondiale. Hanno già eguagliato la quota prodotta dal carbone, e, secondo le stime dell’IEA, la crescita nei consumi dei prossimi anni sarà coperta da un contestuale aumento di generazione di energia elettrica da fonti rinnovabili, gas naturale e nucleare. Ci si aspetta che la sola quota combinata di eolico e fotovoltaico sulla produzione elettrica mondiale aumenterà di circa dieci punti percentuali, passando dal 17% al 27% entro il 2030.

Come tenere il passo?

Proprio in questo contesto inizia a delinearsi uno dei principali colli di bottiglia della transizione. Mentre aumentano efficienza, accessibilità e volumi degli impianti di generazione rinnovabile, la rete elettrica non riesce a tenere il passo. Nel solo 2025, a fronte dell’installazione di impianti rinnovabili per 800 GW di capacità, circa 1.700 GW di progetti rinnovabili e 600 GW di sistemi di accumulo risultavano ancora in attesa di connessione alla rete. In poche parole: stiamo aggiungendo nuova produzione e nuova domanda più velocemente di quanto riusciamo ad adattare la rete che deve collegarle. Costruire nuove linee può richiedere, infatti, anni di tempo fra autorizzazioni, iter amministrativi e reperibilità delle componenti essenziali, mentre nuovi impianti di produzione e grandi stabilimenti energivori possono essere realizzati in orizzonti temporali molto più contenuti. E poi, come sempre, è una questione di finanziamenti. L’IEA ritiene che, per soddisfare la crescita prevista della domanda, gli investimenti annuali nelle reti debbano aumentare di circa il 50% entro il 2030, da aggiungere agli attuali 400 miliardi di dollari l’anno.

L’Italia non è estranea al problema. «La questione energetica non riguarda soltanto il prezzo, ma la capacità di garantire sicurezza e maggiore autonomia del Paese», ha ricordato proprio in questi giorni Pasqualino Monti, amministratore delegato e direttore generale di Terna, partecipando all’Italian Energy Summit a Milano. Per farlo, secondo Monti, «è necessario diversificare le fonti di approvvigionamento, aumentare la produzione di rinnovabili e avere una rete elettrica più capillare e moderna». Terna prevede infatti, nel suo Piano di Sviluppo che copre i dieci anni dal 2025 al 2034, oltre 23 miliardi di euro di investimenti, destinati fra le altre cose a integrare nuova capacità rinnovabile e potenziare la rete esistente. Ampliare l’infrastruttura assolve però solo parte del problema. La rete è chiamata a svolgere una funzione diversa rispetto a quanto fatto finora, perché mentre cambia quanto consumiamo, sta cambiando anche da dove arriva l’elettricità e come viene utilizzata.

Un sistema sempre più complesso

Il sistema elettrico tradizionale era stato pensato per essere prevalentemente unidirezionale e prevedibile, come ci racconta Raffaele Carli, professore associato in Automatica al Politecnico di Bari e responsabile tecnico del Decision and Control Laboratory. «L’energia era prodotta soprattutto in grandi centrali, trasportata e infine distribuita a consumatori sostanzialmente passivi». Questo modello non è ancora del tutto superato, ma il passaggio a un sistema molto più distribuito e interattivo è evidente. «Oggi un’abitazione, un’impresa o un edificio pubblico possono consumare energia, produrla attraverso impianti fotovoltaici, accumularla in batterie e, in determinate condizioni, condividerla o immetterla nella rete».

In pochissimo tempo sono aumentati il numero degli attori e le variabili da controllare. Per esempio, la produzione eolica e solare introduce una maggiore variabilità legata alle condizioni ambientali, ai cicli stagionali e giornalieri. Per quanto i modelli previsionali siano sempre più precisi e consentano di anticipare con una certa ragionevolezza l’andamento della produzione, «non possiamo conoscere con esattezza quanta energia produrrà un impianto fotovoltaico nelle ore successive, come varieranno i consumi o quando migliaia di veicoli elettrici verranno collegati alla rete», precisa Carli.  La capacità di prendere decisioni affidabili in presenza di questa incertezza è una delle più grandi sfide tecnologiche della transizione.

Basta(va) una parola: smart

La pericolosa congiuntura fra variabilità, incertezza e complessità impone che la rete diventi più abile a leggere i dati, interpretarli, prevedere dove e quando servirà l’energia, ipotizzare scenari plausibili. Una rete più smart, per dirla all’inglese. E sta già avvenendo, grazie al supporto di dispositivi digitali di controllo e gestione dei dati che consentono di misurare quello che succede lungo la filiera, tradurlo in informazioni operative e automatizzare alcuni processi. Molte soluzioni sono già ampiamente diffuse: dai modelli previsionali di produzione e consumo al controllo degli impianti di accumulo, ai contatori e sensori intelligenti. Secondo il rapporto Global Grids Index, realizzato da Bloomberg Media con dati raccolti nel biennio 2023-2024, l’Italia presenta già un ottimo grado di digitalizzazione. Il dato è dovuto soprattutto all’obbligo di adozione degli smart meter per ogni utente finale già a partire dai primi anni Duemila.

Questo significa allora che la rete italiana è intelligente? Dipende. Il professor Carli definisce l’intelligenza del sistema nella misura in cui si dimostra capace di chiudere il ciclo tra informazione e azione. Non basta, cioè, sapere che cosa sta succedendo, bisogna decidere come intervenire e verificare gli effetti delle decisioni prese. «Questa intelligenza non deve per forza risiedere in un unico grande sistema centrale. È più realistico immaginarla distribuita su diversi livelli», spiega il professore. Alcune decisioni gestionali ricadono nel campo di azione del singolo edificio, o impianto, mentre altre richiedono il coordinamento di una sezione più ampia della rete.

Sembra quasi che, nel suo digitalizzarsi, la rete si avvicini sempre di più al funzionamento degli organismi viventi, dove non c’è un unico centro di comando. Il sistema nervoso centrale riceve segnali, organizza le informazioni, invia input, coordina il sistema per far sì che tutta la macchina funzioni e reagisca agli stimoli dell’ambiente interno ed esterno; ma all’interno delle singole cellule si combatte una partita altrettanto importante, fatta di decisioni da prendere, energia da produrre e da consumare, materiali da costruire e da smaltire. Ed esattamente come in un organismo vivente, più aumentano i livelli di integrazione fra le strutture più il sistema di coordinamento deve raffinarsi e farsi elaborato, perché non è sufficiente che la singola cellula scelga per sé. Affinché l’intero organismo sia efficiente ed efficace, le parti devono comunicare e collaborare, coordinare le singole attività.  

Allo stesso modo, anche per le reti smart di oggi la difficoltà principale è armonizzare le informazioni che arrivano dai dispositivi intelligenti già in uso e coordinare le risposte per far sì che l’energia arrivi a tutte le parti del sistema, secondo le necessità e le condizioni del momento. Come integrare le varie parti per realizzare una rete che sia resiliente, sicura ed efficace su larga scala è uno degli aspetti più rilevanti su cui la ricerca si sta interrogando.

Entra in scena l’IA

È un processo delicato, nel quale abbiamo però un partner strategico: l’intelligenza artificiale (IA). L’IA è in uso nella gestione degli impianti elettrici da diversi anni: ha trovato applicazione nella manutenzione predittiva, nella valutazione di scenari di produzione e consumo, nel coordinamento delle reti di accumulo e, più genericamente, nel supporto ai processi decisionali che coinvolgono vari aspetti della produzione e distribuzione dell’elettricità. L’ultimo rapporto IEA ci rammenta che le capacità di questa tecnologia stanno avanzando rapidamente: modelli più avanzati possono elaborare quantità e tipologie di dati molto maggiori rispetto al passato, rendendo l’IA un alleato prezioso per i processi decisionali in un sistema elettrico sempre più complesso.

Siamo ancora lontani, anche se nessuno può dire per quanto, da un futuro in cui l’intelligenza artificiale acquisisca il controllo completo delle decisioni sulla gestione della rete. Ci muoviamo in quella che Carli definisce “autonomia supervisionata”. Il sistema può prendere una serie di decisioni relative a processi ordinari, grazie all’aggiornamento continuo di dati raccolti e analizzati, ma all’interno di un sistema di regole, controlli e monitoraggio ancora in mano all’uomo. Nei prossimi anni la questione si giocherà attorno a quanta autonomia concedere all’IA, allargando progressivamente il perimetro all’interno del quale questi sistemi possono agire in autonomia. «Ma le persone», si augura Carli, «continueranno a definire gli obiettivi, i vincoli e i livelli di rischio accettabili, oltre a intervenire in condizioni eccezionali». Stabilire dove porre questo confine, come tutelare la sicurezza dei dati o garantire la tracciabilità delle decisioni prodotte dagli algoritmi sono questioni tutt’altro che risolte.  Per l’IEA, almeno nel prossimo futuro, il ruolo più plausibile dell’IA rimane quello di ampliare la capacità di giudizio degli operatori, non di sostituirla.

Su un aspetto però vale la pena riflettere. L’IA ci permette di leggere una quantità finora impensabile di dati e amplifica la nostra capacità di fare previsioni sul futuro e prendere decisioni, ma non tutti i problemi richiedono questa enorme potenzialità computazionale. L’uso di strumenti più elaborati non rende il sistema necessariamente più intelligente. «La vera intelligenza, ci ammonisce infine Carli, «sta nello scegliere il livello di complessità tecnologica realmente necessario per ottenere i risultati che ci servono per la transizione energetica». La rete, oltre che più intelligente, monitorata, e digitalizzata, deve essere anche più sostenibile.