Smart grid e green Internet: che cosa sono e dove ci porteranno

Ridurre i consumi e aumentare l’efficienza energetica. I contatori intelligenti e le reti mobili sono due facce di una battaglia, a beneficio delle esigenze dell’utente, che fa leva sulle nuove tecnologie della rete.

Le problematiche relative a Smart Grid e green Internet appartengono ad un emergente e vasto dominio di contatto tra energia e Information and Communication Technology, generalmente indicato dai termini Ict4Green e GreenIct. In breve, si tratta dell'applicazione di tecnologie Ict a supporto dell'efficienza energetica.

Con il termine Smart Grid, generalmente, si intende l’evoluzione della rete di trasmissione elettrica, mirata ad un utilizzo più efficiente delle risorse - con enfasi su fonti rinnovabili quali solare, eolica, etc. Essenzialmente, si tratta di incrementare l'intelligenza dell'attuale rete elettrica sovrapponendo alla rete di trasmissione e distribuzione uno strato Ict, in modo da ottenere una rete bidirezionale sia in termini di scambi di informazione che di energia elettrica.

Le principali problematiche da affrontare coinvolgono l’integrazione della generazione distribuita (cioè consentire l'utilizzo dell’energia prodotta dagli estremi della rete - gli utenti - così come quella prodotta dalle centrali elettriche ad alta tensione) nella rete di distribuzione a media e bassa tensione, e la gestione automatizzata dei conseguenti picchi e buchi di tensione.

In questo ambito, l'Italia parte da una situazione di assoluto vantaggio, dal momento che nell'ultimo decennio Enel ha coperto il 99% delle abitazioni con i cosidetti “smart meter” (contatori intelligenti), componenti fondamentali per la transizione verso la Smart Grid ed un utilizzo più efficiente delle risorse energetiche. Al momento, tali dispositivi sono utilizzati per applicazioni di telegestione, in pratica per la misurazione di consumo (e produzione) energetico, l'automatizzazione delle bollette e l'individuazione di guasti. In pratica, ogni due minuti il contatore intelligente misura la quantità di kw prelevati e/o forniti alla rete e li invia su rete elettrica verso una centrale locale, la quale invia i dati tramite collegamenti senza fili alla centrale di controllo che esegue la gestione e misurazione del consumo energetico.

In futuro, l'esistenza degli smart meter consentirà l'attivazione di servizi estremamente innovativi, quali la democratizzazione energetica (cioè la possibilità di partecipare da parte dei consumatori alla gestione dell'energia), il restauro automatico da guasti e la gestione automatizzata di domanda/risposta (cioè il bilanciamento dell'energia fornita a ciascuna abitazione sulla base delle richieste in tempo reale).

La rete deve diventare più verde

Green Internet rappresenta invece uno sforzo verso l'incremento dell'efficienza energetica della “Rete delle Reti”: basti pensare che allo stato attuale, Internet è associata al 3-5% delle emissioni di anidride carbonica nell'atmosfera da parte dell'uomo - per farsi un'idea, pari a tutto il traffico aereo mondiale o ad un quarto delle emissioni dovute alle automobili. Inoltre, il volume di dati trasmessi su Internet aumenta di un fattore 10 ogni 5 anni. Un dato che se unito al precedente rende evidente il problema di contenere l'impatto ambientale di Internet, principalmente agendo sull'efficienza energetica e l'utilizzo di fonti rinnovabili.

Seguendo la filosofia di definizione della Rete, è necessario distinguere anche in questo caso tra “ossatura” della rete (backbone) e parte di accesso o bordo.

Il backbone di Internet, cioè l'insieme dei collegamenti che collegano le varie "isole" che fanno parte della Rete, è attualmente basato su trasmissione su fibra ottica, e rappresenta forse la componente dove è più semplice pensare a meccanismi per migliorarne l'efficienza energetica. Il recente avvento di tecnologie di tipo Software Defined Networking consente una gestione più flessibile del traffico dati ed ha il potenziale per consentire l'ottimizzazione del trasporto dati dal punto di vista energetico.

Parlando di reti wireless, dati alla mano, gran parte del consumo energetico (55-60%) è associato alle reti di accesso mobile (LTE, 4G), seguite da hot-spot pubblici o casalinghi (circa il 25-30%) e poi dai relativi data center (10-15%).

In questo scenario, operatori e produttori sono al lavoro per implementare strategie efficaci per contenere il consumo energetico delle reti cellulari di nuova generazione, agendo sulla pianificazione e gestione intelligente ed adattabile delle infrastrutture sulla base delle esigenze degli utenti, nonchè sul miglioramento nell'utilizzo delle preziose risorse radio.

I data center

Un discorso a parte va fatto infine per i data center, che al momento rappresentano il cuore della maggior parte dei servizi dell'era del cloud computing. Nonostante sia possibile dimostrare che tale concentrazione di risorse di calcolo, congiuntamente con opportune tecniche di virtualizzazione, rappresenti una soluzione efficiente dal punto di vista energetico, i data center costituiscono tuttavia dei "punti" di consumo energetico estremamente elevato, tanto da richiedere a volte centrali elettriche dedicate. Va infatti ricordato che gran parte dell'energia viene utilizzata per il raffredamento degli apparati.

I grandi attori del cloud computing si stanno quindi adoperando per il miglioramento dei data center in modo da renderli maggiormente "green", indirizzando i loro sforzi sul raffreddamento (si va da edifici "aperti" senza tetto fino ad elaboratori immersi in liquidi per raffreddamento) e sull'introduzione di fonti rinnovabili (per es. costruendo nelle vicinanze solar farm di dimensioni impressionanti).

In conclusione, la sfida "green" è solamente agli inizi, ma a mio parere promette di avere un impatto significativo sia a livello di rete elettrica che di Internet del Futuro - non è infatti comune sperimentare che ci sono argomenti di ricerca e sviluppo nei quali c'e' un effettivo coinvolgimento da parte di accademia, aziende ed enti pubblici.

Fabrizio Granelli, Professore Associato all'Università degli Studi di Trento e Distinguished Lecturer della IEEE Communications Society.