Intelligenza artificiale e reti elettriche: opportunità e rischi di una rivoluzione industriale
La quarta rivoluzione industriale è in corso e porta con sé un cambiamento epocale guidato dalla digitalizzazione e dall’intelligenza artificiale. Un cambiamento che ha immediate ripercussioni anche sul sistema energetico, in particolare sulle reti elettriche. Per fare un esempio concreto, l’IA può evitare blackout elettrici dovuti ai sempre più frequenti eventi meteorologici estremi. Ma senza adeguate misure di cybersecurity potrebbe accadere anche l’opposto e la rete potrebbe subire un’interruzione di alimentazione.
Tutti i meccanismi di finanziamento e i fondi europei per l'idrogeno rinnovabile
Le frontiere più innovative della transizione energetica sono state al centro del Technology Watch del 28 novembre scorso, l’Osservatorio creato da Elettricità Futura per monitorare l’innovazione tecnologica applicata al settore elettrico, un’attività che da anni si è arricchita della partnership con CESI.
“La digitalizzazione e l’intelligenza artificiale possono davvero aiutarci a dare un colpo di reni alla transizione nel settore elettrico. E non solo”, ha dichiarato Agostino Re Rebaudengo, Presidente Elettricità Futura, in apertura dei lavori. “Digitalizzare significa snellire, tagliare sprechi (anche di tempo), facilitare la vita ai cittadini e alle imprese nelle interazioni con le PA”. Quanto all’applicazione delle tecnologie innovative al settore energetico, si tratta di un indiscutibile valore aggiunto “usare le capacità analitiche e predittive dell’intelligenza artificiale che consentono anche di velocizzare e rendere più accurata l’analisi dei dati, aumentare la flessibilità delle infrastrutture di rete, ottimizzare l’efficienza dei sistemi e disporre di previsioni più accurate di domanda e offerta di energia”.
Ma cosa significa praticamente e in che modo l’intelligenza artificiale migliora le reti elettriche?
In che modo l’intelligenza artificiale migliora il settore elettrico
Paolo Chighine, Executive Vice President Group External Relations di CESI ha ricordato come l’innovazione digitale sia già parte integrante del sistema elettrico: “smart grids e smart meters fanno ormai parte della realtà quotidiana da anni”.
I contatori elettronici abilitano le reti intelligenti che permettono di gestire e bilanciare in modo efficiente il sistema elettrico, una soluzione particolarmente importante per le fonti rinnovabili intermittenti, come l’eolico e il solare, che in questo modo possono essere pienamente integrate nella rete evitando colli di bottiglia.
L'intelligenza artificiale in tal senso rappresenta un ulteriore passo in avanti, come ha spiegato Giampiero Montagna, Head of Digital Lab di CESI.
Il primo elemento da considerare è la mole di dati di partenza: i sistemi energetici, infatti, generano un’enorme quantità di dati che gli strumenti digitali permettono di selezionare, analizzare e trasformare in decisioni concrete.
Facciamo un esempio. I sensori e gli smart meter raccolgono dati fondamentali per il sistema energetico; dati che poi vengono elaborati attraverso tecnologie di analisi e trasformati in informazioni che possono essere usate per effettuare modifiche fisiche alla rete, ad esempio per ottimizzare il consumo energetico.
Un ruolo fondamentale è svolto in particolare dalla Generative AI, “che sta emergendo come strumento molto potente per migliorare l’efficienza, la resilienza e la sicurezza dei sistemi di trasmissione e distribuzione dell’energia”.
Applicata al settore energia, la Generative AI permette di predire il consumo energetico, ottimizzare la distribuzione della domanda, prevedere guasti o anomalie del sistema elettrico e creare dei modelli predittivi, in grado ad esempio di prevedere picchi di domanda in determinati periodi.
L’intelligenza artificiale non è ovviamente l’unica tecnologia digitale che entra in gioco quando si parla di rete elettrica. Tra i fattori abilitanti per la transizione energetica, Montagna ricorda l’introduzione di tecnologie digitali nelle rete come dispositivi e sensoristica intelligente IoT, connettività 5G e 6G e l’introduzione del digital twin.
Il digital twin, in particolare, consente la simulazione e il monitoraggio online di componenti, sistemi e processi per applicazioni critiche come la valutazione della sicurezza, la manutenzione e la stima della vita residua.
Per approfondire: Digital twin, una risorsa per le imprese
Intelligenza artificiale e rete elettrica: un esempio concreto
Esulando per un attimo dal Technology Watch di fine novembre, cerchiamo di fare un esempio pratico di come l’AI può dare un contributo immediato nella gestione della rete elettrica.
Un gruppo di ricercatori ENEA, Politecnico di Bari e Università Roma Tre ha messo a punto un sistema basato sull’automazione e l'intelligenza artificiale per prevenire possibili blackout elettrici causati da ondate di calore. Sviluppato nell’ambito del progetto RAFAEL, finanziato dal Ministero dell’Università e della Ricerca, questo approccio innovativo basato su tecniche di machine learning è stato testato su una grande rete di distribuzione elettrica nel Sud Italia e i risultati sono stati pubblicati sulla rivista scientifica IEEE Transactions on Industry Applications.
In una prima fase il team di ricerca ha ‘addestrato’ l’algoritmo sui dati relativi ai guasti intercorsi tra il 2015 e il 2020 in una grande rete elettrica del Sud, alle condizioni meteo (temperatura ambientale e umidità) e ai flussi di energia, con l’obiettivo di identificare le possibili correlazioni. Nella successiva fase operativa, i ricercatori hanno provato il sistema così addestrato per l’analisi di una serie di dati di input. Tra gli algoritmi testati, uno in particolare ha dato i risultati più accurati in termini di previsione di futuri guasti alla rete elettrica. “Dai nostri studi è emerso che la maggior parte dei guasti si è verificato a livello di giunti dei cavi e che, pertanto, tali elementi soffrono maggiormente le problematiche delle ondate di calore. Questo risultato fornisce un elemento utile agli operatori e ai produttori di componentistica elettronica, che potranno condurre così analisi più mirate per ottenere reti più resilienti”, ha dichiarato Maria Valenti, responsabile del Laboratorio ENEA Smart grid e reti energetiche.
Il ruolo chiave della cybersecurity
Torniamo ora alle riflessioni emerse nel corso del Technology Watch di Elettricità Futura. Se è vero che l’intelligenza artificiale rappresenta una svolta per il settore energetico è anche vero che non viviamo in un mondo perfetto e un problema c’è: la sicurezza. Le infrastrutture energetiche sono non solo sistemi particolarmente vulnerabili agli eventi meteorologici estremi, ma sono anche infrastrutture critiche, che quindi richiedono elevati livelli di controllo e sicurezza.
“La digitalizzazione del sistema energetico apporta molteplici benefici, ma può generare rischi crescenti per la sicurezza”, ha sottolineato Montagna. Senza adeguate misure di cybersecurity, ad esempio, potrebbe essere violato l’accesso ai sistemi o si potrebbe subire un’interruzione di alimentazione.
Non a caso, i cyber attacchi ai dispositivi e alle reti smart stanno aumentando esponenzialmente. Secondo Montagna occorre dunque compenetrare sicurezza IT e OT, trovando una complementarietà nella resilienza dei sistemi, per garantire la continuità della comunicazione e della trasmissione del dato. Una priorità già in fase di progettazione, dove occorre un approccio di cybersecurity by design.
Cybersecurity e sistemi energetici: un esempio pratico
Come fatto sopra parlando delle applicazioni dell’intelligenza artificiale alla rete elettrica, lo stesso facciamo qui concentrandoci sulla dimensione della cybersecurity.
Il progetto CyberSecEnergy coinvolge RSE, ENEA, CNR e numerose università intorno a un obiettivo: la sperimentazione di tecnologie di cybersecurity considerate mature in casi applicativi significativi per la transizione energetica e allo studio e valutazione di tecnologie e piattaforme innovative.
Il progetto ha il triplice obiettivo di sviluppare studi, strumenti e metodologie finalizzate a garantire la sicurezza delle tecnologie per le comunicazioni nei sistemi energetici, preservare la resilienza del sistema elettrico a fronte di attacchi cyber e sfruttare l’intelligenza artificiale per il rilevamento di anomalie cyber in infrastrutture energetiche.
