Dalla ricerca di sistema una spinta all’innovazione tecnologica per l’energia del futuro. Parla Franco Cotana

Qual è il futuro del sistema elettrico e che sfide ci attendono nei prossimi anni? Le fonti rinnovabili riusciranno a coprire la gran parte della domanda di energia? Cosa serve per contrastare o quantomeno mitigare gli effetti dei cambiamenti climatici sulle infrastrutture elettriche? E che ruolo avranno la tecnologia, l’innovazione, la digitalizzazione e l’intelligenza artificiale per contribuire a raggiungere gli obiettivi di decarbonizzazione della transizione energetica? Ne abbiamo parlato con Franco Cotana, Amministratore Delegato di RSE-Ricerca sul Sistema Energetico, a valle di un incontro organizzato da Terna, la società che gestisce la rete di trasmissione elettrica nazionale, focalizzato proprio sulle sfide della ricerca di sistema e sul futuro dell’energia, in Italia e non solo. Reti sicure e resilienti, con l’ausilio di nuove tecnologie, in un contesto dinamico e sfidante in cui fare i conti con i rischi legati a eventi atmosferici estremi.

Terna e RSE da anni collaborano per l’evoluzione della filiera elettrica accogliendo le grandi sfide della transizione energetica e digitale. All'inizio del 2024 Terna e RSE hanno sottoscritto un accordo di collaborazione quinquennale finalizzato allo sviluppo e all’applicazione di processi e tecnologie nel campo energetico e ambientale, promuovendo, in tale contesto, iniziative di studio e attività di sviluppo e innovazione. Nello specifico la partnership prevede l’avvio di reciproche collaborazioni su una serie di temi: pianificazione e progettazione ottimale della rete, metodologie di "smart asset management", osservabilità, controllabilità e resilienza del sistema elettrico, sviluppo di nuove tecnologie per la flessibilità della rete, scenari di sviluppo della domanda e della generazione da fonti rinnovabili, big data management e data science, uso di tecnologia IoT (Internet of Things), cyber security, intelligenza artificiale e altre tecnologie abilitanti la transizione energetica nazionale. Tutti temi che rientrano nel perimetro di attività di RSE. La società interamente controllata dal Ministero dell’Economia e delle Finanze attraverso il GSE svolge infatti attività di ricerca in un’ottica sperimentale e applicativa sull’intera filiera elettro-energetica e fornisce supporto al Ministero dell’Ambiente e della Sicurezza Energetica (MASE) e all’Autorità di Regolazione per Energia, Reti e Ambiente (ARERA). È una realtà nata nel 2005 e attualmente composta da circa 350 persone, con 50 laboratori dislocati in tutta Italia.

Ingegner Cotana, partiamo dalla Ricerca di Sistema: cosa si intende e quali attività rientrano nello specifico? «Sono tutte quelle iniziative di ricerca e sviluppo finalizzate all’innovazione tecnica e tecnologica nel settore elettrico. L’obiettivo è perseguire uno sviluppo sostenibile che garantisca compatibilità ambientale e, al contempo, sicurezza ed economicità. La Ricerca di Sistema è finanziata dal “Fondo per il finanziamento delle attività di ricerca e di sviluppo di interesse generale per il sistema elettrico nazionale”, istituito presso Csea, la Cassa per i servizi energetici e ambientali. I temi e i progetti di ricerca da ammettere al finanziamento sono individuati dal Ministero dell’Ambiente e della Sicurezza Energetica. I risultati di queste attività sono a beneficio degli utenti e degli stakeholder del sistema elettrico. A RSE, per l’accordo di programma del triennio 2022-2024, è stata destinata la quota parte di fondi pari a 108 milioni di euro. Gli altri affidatari, Cnr ed Enea, hanno ricevuto rispettivamente 13,5 milioni di euro e 74 milioni di euro».

RSE collabora con molte università e centri di ricerca, partner industriali e istituzionali anche internazionali e ha quindi una visione molto ampia sui temi energetici. Qual è il vostro ruolo nella transizione energetica? «RSE opera a beneficio degli utenti finali e dei cittadini, contribuendo con i propri studi e ricerche a una transizione energetica che raggiunga gli obiettivi di mitigazione dei cambiamenti climatici a costi accettabili, garantendo la sicurezza di fornitura dell’energia e la buona qualità del servizio. Questi obiettivi si raggiungono in uno stretto rapporto con le istituzioni e le imprese del settore: la ricerca e la sperimentazione di nuove tecnologie energetiche e di nuove modalità di pianificazione e di gestione del sistema energetico favoriscono i processi di innovazione dei diversi operatori, quali costruttori di apparecchiature, operatori di impianti e di reti energetiche. Le competenze acquisite e continuamente incrementate nella ricerca tecnologica e lo status di ente indipendente fanno di RSE un partner efficace dei decisori politico-amministrativi, a cui assicura con continuità il proprio supporto tecnico».

Quali sono, nei prossimi anni, le principali sfide di innovazione per accelerare evoluzione e decarbonizzazione del sistema energetico? «Le sfide più importanti riguardano il miglioramento dei sistemi di generazione elettrica e termica alimentate da fonti rinnovabili, come pure la gestione del sistema elettrico sempre più soggetto alla variabilità delle fonti solare ed eolica. Da questo punto di vista va sviluppato e dimostrato il funzionamento di nuove risorse di flessibilità, come ad esempio gli accumuli elettrochimici, la flessibilità della domanda, la gestione integrata dei vettori elettrico e calore, la produzione, lo stoccaggio e l’utilizzo dell’idrogeno. Va anche favorito lo sfruttamento delle fonti rinnovabili programmabili: idroelettrico, biomasse, geotermia e, non ultimo, dal 2030, il nucleare di nuova generazione, almeno in parte sostituendo la generazione da combustibili fossili come risorse per l’adeguatezza e la stabilità. Un sistema di produzione di energia sempre più frammentato e decentrato necessita anche di nuove forme di gestione, in cui il ruolo degli utenti/produttori diventa importante per un funzionamento stabile ed efficiente: si devono quindi sperimentare modalità di partecipazione attiva degli utenti finali, anche attraverso forme di aggregazione geografica e funzionale. Elementi trasversali che assumono importanza crescente, e che divengono essi stessi oggetto di ricerca e innovazione, sono da un lato la scienza dei materiali, che deve contribuire all’efficienza ed economicità delle tecnologie di produzione, accumulo, trasporto e uso finale dell’energia, riducendo il rischio di approvvigionamento delle materie prime. Dall’altro, le tecnologie dell’informazione e della comunicazione, che in un sistema sempre più complesso, dinamico e integrato possono garantire la trasmissione e l’utilizzo intelligente di grandi flussi di dati, anche attraverso le tecniche dell’intelligenza artificiale».

Il sistema energetico sta attraversando una fase di profonda trasformazione, che ha come protagoniste proprio le fonti rinnovabili, ma anche l’elettrificazione dei consumi, la mobilità elettrica. Da questo punto di vista il PNIEC 2.0, a cui peraltro RSE ha dato supporto per analisi e ricerca, prevede una serie di target che il nostro Paese dovrà raggiungere entro la fine del decennio. La strategia a lungo termine della Commissione Europea, invece, prevede per il 2050 il raggiungimento del net zero. Facciamo un salto in avanti di 25 anni, siamo alla serata conclusiva del Festival della canzone italiana, Sanremo 2050: quale sarà, secondo gli scenari, il mix energetico in grado di assicurare in piena sicurezza la continuità di fornitura in ogni momento della giornata, e quindi anche nelle ore di maggior domanda? «RSE, oltre agli scenari di sviluppo del sistema energetico nazionale alla base del PNIEC, ha sviluppato anche gli scenari della Strategia di Lungo Termine che puntano alla neutralità climatica al 2050. In quell’anno vedremo una fortissima elettrificazione dei consumi, indispensabile per massimizzare l’efficienza del sistema, con una domanda per usi finali dell’ordine di 450 TWh, ossia del 50% superiore ai livelli attuali. Per decarbonizzare completamente il sistema energetico occorrerà inoltre agire sui settori non elettrificabili, quelli cosiddetti “hard-to-abate”, per i quali sarà necessario ricorrere al vettore idrogeno, per la produzione del quale per via elettrolitica si stima una ulteriore domanda elettrica di 150-230 TWh. Sia la domanda per usi finali che quella per la produzione di idrogeno dovranno essere soddisfatte da fonti rinnovabili, senza escludere, come detto in precedenza, dal 2030, le tecnologie nucleari di nuova generazione che avranno un ruolo importante da svolgere nella transizione energetica verso un’economia a basse emissioni di gas serra. A tale riguardo RSE supporta il Segretariato della Piattaforma Nazionale per un Nucleare Sostenibile, istituita presso il MASE dal ministro Pichetto Fratin che opera nella strategia di decarbonizzazione dei sistemi energetici e produttivi sviluppando linee guida e una roadmap, con orizzonte 2030 e 2050. L’obiettivo è favorire lo sviluppo di tecnologie nucleari a basso impatto ambientale, con elevati standard di sicurezza e sostenibilità, per consentire al ministero di definire in tempi certi un percorso finalizzato alla possibile ripresa dell’utilizzo dell’energia nucleare in Italia attraverso le nuove tecnologie sostenibili in corso di sviluppo, in particolare nel settore degli Small Modular Reactors (SMR), dei Micro Modular Reactors (MMR) e degli Advanced Modular Reactors (AMR di quarta generazione), nonché della fusione nucleare nel lungo termine».

Uno dei temi di più grande attualità, e perché no di preoccupazione, in questi anni è quello dei cambiamenti climatici, che stanno mettendo a dura prova anche le infrastrutture elettriche. L’Italia è posizionata tra le regioni aride del Nordafrica e quelle ad alta piovosità del centro Europa: siamo quindi esposti a instabilità meteoclimatiche che impattano anche sulla rete di trasmissione. Sono diversi gli eventi estremi primari che causano guasti alle infrastrutture e disalimentazioni della fornitura, con frequenza e intensità crescente: dalla neve bagnata alle precipitazioni estreme, dai venti ad alta intensità ai periodi di prolungata siccità. A questi fenomeni, inoltre, si aggiungono quelli dovuti alla loro combinazione, che producono condizioni aggiuntive di potenziale minaccia per la rete. Alcuni esempi? Frane e smottamenti, ondate di calore e asciugamento del terreno, incendi boschivi, depositi di contaminazione superficiale sugli isolatori. Negli anni scorsi RSE, Terna e ARERA hanno presentato una nuova metodologia per il Piano di Resilienza della rete di elettrica nazionale, con l’obiettivo di incrementare la sicurezza, l’affidabilità e la sostenibilità delle infrastrutture energetiche strategiche per il Paese, esposte frequentemente a fenomeni climatici estremi sempre più intensi ed estesi.

Quali sono oggi le principali azioni da mettere in atto per contrastare e/o mitigare gli effetti del climate change sulle infrastrutture elettriche? «La metodologia per la resilienza sviluppata da Terna e RSE, approvata da ARERA e integrata nel codice di rete (allegato A 76, ndr), ha permesso di predisporre piani annuali per il miglioramento della resilienza della rete di trasmissione nazionale, con risultati già tangibili. Sebbene questa metodologia rappresenti un passo fondamentale, la sfida del cambiamento climatico per le infrastrutture elettriche è senza precedenti, con il rischio di disalimentazioni e interruzioni di corrente sempre più frequenti e gravi. L’urgenza di includere gli obiettivi di resilienza nell’agenda della transizione energetica è evidente e le soluzioni di mitigazione previste dal PNIEC devono essere attuate con la massima priorità. I cambiamenti climatici in atto infatti mettono in luce i limiti degli approcci tradizionali alla sicurezza dei sistemi elettrici, che necessitano di un forte ripensamento per migliorare la resilienza e limitare i disservizi. Affrontare la sfida dei cambiamenti climatici richiede un impegno collettivo e una stretta collaborazione tra tutti gli attori del sistema energetico. In questo contesto, la collaborazione di RSE con Terna rappresenta un’opportunità fondamentale per creare un futuro energetico più sicuro e sostenibile. Un problema di tale complessità richiede un approccio integrato che consideri sia soluzioni infrastrutturali sia di programmazione ed esercizio».

Cosa è necessario, in particolare? «Lo studio delle minacce al sistema, dai rischi idrogeologici a quelli meteo-climatici, lo sviluppo di modelli avanzati per la valutazione delle vulnerabilità e per la previsione dei rischi; lo sviluppo e la sperimentazione di tecnologie e soluzioni innovative per la gestione dei rischi in un contesto di cambiamenti climatici; lo sviluppo di metodologie avanzate per la pianificazione, la programmazione, l'esercizio e l'asset management a supporto della resilienza del sistema elettrico. Ritengo che la collaborazione tra Terna e RSE rappresenti un modello virtuoso per l’Italia e un’occasione fondamentale per costruire un futuro energetico resiliente, sicuro e sostenibile».

RSE sul tema della Open Innovation ha intrapreso un percorso che promuove una cultura della collaborazione e dello scambio per migliorare la qualità delle attività di ricerca e offrire nuove soluzioni al sistema energetico italiano. Su quali iniziative e progetti, in particolare, state lavorando? «Essere competitivi e innovativi in un settore così dinamico come quello energetico è fondamentale. La continua evoluzione del contesto in cui ci muoviamo richiede la capacità di integrare idee e competenze sia interne che esterne e, a volte, di saper anche abbandonare pratiche consolidate, per abbracciare approcci nuovi. In RSE abbiamo messo in campo diverse iniziative per promuovere un processo di creazione, raccolta e contaminazione di idee innovative, con l’intenzione di incoraggiare un approccio libero e creativo, "out of the box". Nel solco di questo approccio abbiamo lanciato un ciclo di appuntamenti annuale che ha l’obiettivo di valorizzare i ricercatori e le loro idee, in uno spazio di condivisione e di collaborazione che favorisce uno scambio vivace di riflessioni e approfondimenti, che trovano poi un più esteso dibattito all’interno dei lavori delle Knowledge Community, gruppi interdipartimentali di ricercatori che si confrontano su focus tematici che rappresentano le sfide del sistema energetico. In tale contesto si inserisce anche "Collaboriamo con le KC", un’altra virtuosa iniziativa che consiste in brevi incontri settimanali, durante i quali i partecipanti hanno la possibilità di incontrarsi per sviluppare sinergie. In questo ciclo di appuntamenti i capiprogetto forniscono spunti di approfondimento sui temi di ricerca oggetto dei programmi in essere, che possono essere esplorati dalle Knowledge Community senza le urgenze e le scadenze tipiche della quotidianità lavorativa. È nostro obiettivo costruire un ecosistema dell’innovazione, come processo integrato nei metodi di lavoro e nell’approccio a nuove attività. Ed è per questo motivo che promuoviamo, anche organizzando specifici momenti di dibattito, un costante ascolto e dialogo con il mondo della ricerca, le università, le imprese e le startup».

I progetti Terna-RSE. Terna e RSE stanno portando avanti una serie di attività, menzioniamo qui le principali: Flow, un’iniziativa in ambito mobilità elettrica che individua soluzioni tecnologiche per abilitare servizi V2G (vehicle-to-grid); TwinEU, un progetto di gemello digitale della rete elettrica europea che coinvolge anche altri partner italiani e internazionali; BeFlexible che riguarda la flessibilità delle reti e la collaborazione con i distributori.