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Come l’IA può aiutare la Svizzera a convertirsi alle energie rinnovabili

Le fonti rinnovabili forniscono i tre quarti dell'elettricità prodotta in Svizzera. Valentin Flauraud/Keystone

Entro il 2050, la Svizzera punta a fare affidamento solo sulle energie rinnovabili. Per riuscirci, deve costruire più pannelli solari e turbine eoliche, ma anche affidarsi all’intelligenza artificiale.

Questo contenuto è stato pubblicato il 26 dicembre 2021 - 09:00
Katharina Wecker

Caricare gli smartphone, fare il bucato, guardare serie in streaming su Netflix: nel fare queste attività, non ci chiediamo mai da dove venga l’elettricità impiegata. Né se sia sufficiente ad alimentare tutti i nostri dispositivi.

Fino a qualche tempo fa, non se ne preoccupavano nemmeno le aziende energetiche né il mondo della ricerca. Tuttavia, ora che la Svizzera vuole ampliare la propria quota di energie rinnovabili, il problema di come fornire elettricità a sufficienza dove e quando serve si sta facendo sempre più rilevante.

Primo, l’intensità del sole e la forza del vento non sono sempre costanti. Secondo, la domanda di elettricità sta aumentando. Con l’abbandono dei carburanti fossili, le auto di nuova produzione saranno sempre più alimentate a batteria. Negli edifici, le pompe di calore hanno già iniziato a sostituire le caldaie a gasolio o a gas.

Terzo, il mix energetico è in continua evoluzione. Circa il 76% dell’elettricità utilizzata sul territorio elvetico viene da fonti rinnovabili, in particolare dal settore idroelettrico, mentre il nucleare corrisponde a un ulteriore 20%. Le centrali idroelettriche e nucleari del Paese sono gestite da un manipolo di grandi aziende, che sanno esattamente quanta energia riescono a generare e quando.

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L’idea, tuttavia, è di rinunciare gradualmente all’energia nucleare in favore delle fonti rinnovabili. Ormai qualunque abitazione può generare energia elettrica installando dei pannelli solari sul tetto. I parchi eolici grandi e piccoli vanno ad alimentare la rete nazionale. Pertanto, anche il funzionamento della rete elettrica sta cambiando.

"Stiamo passando da un sistema centralizzato a uno decentralizzato, cosa che complica il funzionamento della rete nel suo complesso", spiega l’esperto di consumi energetici Matthias Eifert, fondatore degli Energy Data Hackdays, un evento annuale dove esperti ed esperte di diversi campi, dalla programmazione all’analisi dei dati e all’ingegneria, si ritrovano a ragionare insieme su potenziali soluzioni per accelerare la transizione energetica. La sfida principale, dice Eifert, sarà fare in modo che le strutture di nuova generazione si colleghino in maniera efficiente alla rete elettrica.

Una delle soluzioni da lui perorate prevede l’impiego dell’intelligenza artificiale. "L’apprendimento automatico e l’intelligenza artificiale possono aiutare a ottimizzare e stabilizzare l’interazione tra fornitura, uso e stoccaggio dell’energia", spiega.

Eifert non è il solo a sostenere questa tesi.

Il Forum economico mondiale crede che l’intelligenza artificiale (IA) abbia "un enorme potenziale nel favorire l’accelerazione della transizione energetica globale". In un white paper pubblicato a settembreLink esterno, l’ente ha invitato governi e aziende a investire in questo senso.

Ma cosa può fare esattamente l’IA per supportare la transizione verso le energie rinnovabili?

Usare l’energia delle batterie delle auto elettriche per alimentare gli immobili

Il primo passo è capire i comportamenti della popolazione e individuare eventuali discrepanze nella corrispondenza tra domanda e offerta, indica Ben Bowler, dell’Università di Scienze applicate e Arti di Lucerna. In qualità di ricercatore esperto in materia di energia digitale, si occupa di stoccaggio dell’energia e di infrastrutture della rete elettrica da anni.

Può sembrare strano, ma le aziende elettriche in genere non sono molto informate sui consumi effettivi di chi usufruisce dei loro servizi. Possono calcolare quanta elettricità viene utilizzata da ogni abitazione in un dato periodo di tempo, ma non sanno quali siano i giorni o gli orari di maggiore o minore utilizzo dell’energia elettrica.

Uno dei progetti di Ben Bowler è incentrato sull’analisi dei dati energetici per dedurne i comportamenti delle persone, con l’aiuto di un algoritmo.

Bowler raccoglie i dati tramite i cosiddetti "contatori intelligenti" (smart meter), introdotti sul territorio elvetico per sostituire i più basilari contatori elettrici. Secondo l’Ufficio federale dell’energia, entro il 2027 l’80% delle abitazioni sarà dotato di un sistema di misurazione intelligente. Questi strumenti monitorano il consumo di elettricità nelle case in tempo reale, comunicando i dati alle società fornitrici di energia ogni 15 minuti. In questo modo, le aziende possono individuare gli orari di punta, per esempio all’accensione delle lavastoviglie dopo cena.

"Cerchiamo di prevedere il comportamento della popolazione. Esaminiamo i consumi elettrici registrati in precedenza per provare a immaginare come andrà domani. I dati così raccolti possono aiutarci a individuare potenziali problemi nella rete", spiega Bowler.

Capire al meglio il comportamento delle persone è solo la prima parte dell’equazione. La seconda è trovare un modo per far sì che nei momenti di consumo più intenso si riesca a fornire tutta l’elettricità necessaria.

È qui che entra in gioco un altro dei progetti di Ben Bowler: il ricercatore, infatti, sta sperimentando se sia possibile usare le batterie delle auto elettriche come stoccaggio temporaneo per l’energia della rete elettrica.

Con l’aumentare delle vendite di veicoli elettrici, cresce anche la pressione esercitata sulla rete. Per evitare eventuali interruzioni nella fornitura, l’idea è quella di convertire la ricarica delle automobili in una procedura bidirezionale: quando la domanda di elettricità è bassa, le auto vengono caricate presso stazioni di ricarica intelligenti. Quando la domanda è alta, invece, l’energia racchiusa nelle batterie può essere recuperata e rivenduta alla rete.

Il progetto pilota condotto dall’Università di Lucerna vede la collaborazione dell’azienda energetica Tiko e della start-up Sun2Wheel e verrà testato su 50 veicoli della società di carsharing Mobility.

"Dipende tutto dalla capacità di ottenere dati migliori su come vengono utilizzate le automobili, quando splende il sole, quando vengono ricaricati i veicoli. Dopodiché, apprendimento automatico e intelligenza artificiale possono analizzare i dati", dice Bowler. I ricercatori e le ricercatrici stanno lavorando a progetti pilota analoghi anche con altre società di carsharing in Germania e Danimarca.

La tecnologia chiamata V2G (Vehicle to Grid, dal veicolo alla rete) ha ancora molta strada da fare prima di poter passare dalla fase di test all’implementazione e diventare un’attività redditizia. Al momento esistono pochissimi veicoli elettrici che consentono la ricarica bidirezionale, tra cui qualche modello di Nissan, Volkswagen e Fiat.

Mobility dispone di sole 150 auto elettriche, ma ha intenzione di rendere elettrica tutta la propria flotta, di oltre 3'000 veicoli, entro il 2030. L’altro elemento mancante sono le stazioni di ricarica intelligenti, come quelle sviluppate dalla start-up svizzera Sun2Wheel, da installare in tutto il Paese.

Anonimizzare i dati personali

Una delle maggiori problematiche che Bowler e i suoi colleghi e colleghe si trovano ad affrontare durante i test è come servirsi dei dati raccolti (per esempio a che ora viene impiegata l’elettricità, quando determinate persone fanno il bucato o ricaricano l’auto) senza violare le leggi sulla privacy.

La soluzione potrebbe arrivare da una start-up statunitense. VIA Science, che ha da poco aperto una sede a Zugo, ha sviluppato un programma che è in fase di sperimentazione nel progetto dei contatori intelligenti dell’Università di Lucerna. Invece di estrarre i dati, chi si occupa della ricerca potrà analizzare le informazioni direttamente dai contatori, in modo da non dover inviare informazioni personali da nessuna parte.

In alternativa, ci sarebbe una seconda soluzione: incoraggiare la gente a condividere i propri dati volontariamente. A settembre, decine di scienziati, sviluppatori, studenti e rappresentanti delle aziende energetiche si sono ritrovati agli Energy Data HackdaysLink esterno di Brugg per ragionare insieme su come i dati possano aiutare a creare un sistema energetico stabile e a emissioni zero.

Il risultato è stato il progetto “Read Your Own Smart Meter”, per consentire ai cittadini e alle cittadine di visualizzare quanta elettricità impiegano e come potrebbero risparmiare, in termini economici e di consumi. Dopodiché, i dati possono essere condivisi in forma anonima con le aziende energetiche.

La Svizzera è uno dei Paesi più avanzati in termini di intelligenza artificiale. È anche uno dei Paesi con le leggi sulla privacy più rigorose. Se si riuscisse a risolvere il problema della riservatezza, "la gente potrebbe aiutare la rete elettrica e favorire la decarbonizzazione", sostiene Bowler.

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