Chi sono i principali attori nell’affidabilità della rete elettrica?

Nell’estate del 2003, un culmine di guasti apparentemente piccoli da parte della rete elettrica, del suo software di monitoraggio e degli operatori umani si trasformò rapidamente nel più grande blackout mai avvenuto in Nord America. Le interruzioni di corrente si sono diffuse in tutto il nord-est e nel Midwest degli Stati Uniti, nonché in Ontario, Canada, con circa 50 milioni di persone che hanno perso la corrente. Le case venivano lasciate al buio per un periodo che andava da poche ore fino a qualche giorno e il costo economico dell’interruzione era stimato tra i 4 e i 10 miliardi di dollari.

In risposta a questo evento disastroso, due anni dopo venne approvata una legge federale che chiedeva a un ente di sviluppare e applicare standard di affidabilità per la rete elettrica. Alla North American Electric Reliability Corporation (NERC), che in precedenza esisteva con un nome e un ruolo leggermente diversi, è stata data autorità come entità di affidabilità.

Avere requisiti obbligatori ha sicuramente aiutato con l’affidabilità. Ma gli effetti del cambiamento climatico ora stanno mettendo a dura prova la rete con ondate di caldo e ondate di freddo che la spingono ai suoi limiti, e talvolta oltre. Le centrali elettriche a gas, tradizionalmente considerate sostenitrici dell’affidabilità della rete, vengono messe sotto esame perché falliscono in questi momenti di necessità critica. L’interdipendenza tra il sistema del gas e quello elettrico fa sì che gli sforzi per garantire l’affidabilità della rete siano compromessi dalla mancanza di supervisione del sistema del gas.

Queste vulnerabilità della rete hanno avuto conseguenze disastrose ed è chiaro che occorre maggiore responsabilità. Ciò inizia con la comprensione di chi sono i principali attori nell’affidabilità della rete elettrica.

Cominciamo con la North American Electric Reliability Corporation

Quando gli addetti alla rete elettrica pensano all’affidabilità, il NERC è l’attore più importante e un buon punto di partenza per la discussione. In poche parole, il NERC sviluppa e applica standard di affidabilità.

Attualmente esistono 93 standard NERC che indirizzano la rete a livello operativo (come mantenere la rete operativa in tempo reale) e a livello di pianificazione (come assicurarsi che la rete sia preparata per il futuro). Il primo passo falso nel blackout del 2003 fu una linea elettrica sovraccarica e allentata che toccò il ramo di un albero e andò in cortocircuito. Il taglio degli alberi è ora incluso in uno standard. Alcuni altri esempi includono il mantenimento di una frequenza prestabilita sulla rete, la sicurezza informatica, l’adeguatezza delle risorse, la manutenzione dell’infrastruttura e i protocolli di comunicazione.

Il NERC effettua inoltre valutazioni dell’affidabilità e del rischio per l’inverno, l’estate e il lungo termine, nonché valutazioni speciali in caso di necessità. Nella più recente valutazione estiva, il NERC ha evidenziato che due terzi degli Stati Uniti avrebbero problemi di affidabilità se si verificassero periodi di domanda estrema causati da ondate di caldo. E in effetti, la Danger Season è tornata quest’anno con un caldo inesorabile che ha messo a dura prova la rete in Texas e in altre parti del sud e del Midwest.

Con il NERC lavorano sei entità regionali affiliate che hanno un’autorità molto simile al NERC ma per una regione più piccola. Il NERC e queste entità regionali creano collettivamente l’ERO Enterprise.

Queste entità regionali sviluppano e applicano anche standard di affidabilità specifici per regione quando necessario. Ad esempio, nelle quattro regioni dell’Eastern Interconnection (la rete elettrica che copre gli Stati Uniti orientali) esiste uno standard per coordinare come alleviare la trasmissione quando il sistema è a rischio di sovraccarico a causa dell’elevata domanda di elettricità.

Le entità regionali del NERC includono Midwest Reliability Organization (MRO), Northeast Power Coordinating Council (NPCC), ReliabilityFirst (RF), SERC Reliability Corporation (SERC), Texas Reliability Entity (Texas RE), Western Electricity Coordinating Council (WECC). Fonte: North America Electricity Reliability Corporation.

Chi deve rispettare gli standard NERC?

Sotto la giurisdizione del NERC rientrano gli “utenti, proprietari e operatori” del sistema di alimentazione di massa. (Il sistema bulk power comprende la rete di generazione e trasmissione dell’energia elettrica, ma non la rete di distribuzione). Questi attori includono, tra gli altri, operatori di rete, proprietari e operatori di trasmissione e proprietari e operatori di generazione.

Il sistema di rete è diventato più complicato con i nuovi operatori del mercato, le strutture proprietarie e gli enti regionali. Mentre ti spiego come funziona la conformità, tieni presente che un’entità può funzionare in più ruoli. Ad esempio, un’azienda di servizi pubblici può essere proprietaria della trasmissione e della generazione nella propria area di servizio, ma cedere l’autorità di bilanciamento e le operazioni di trasmissione a un’organizzazione regionale di trasmissione (RTO). Viceversa, un unico standard di affidabilità NERC avrà spesso molte entità che devono aderire e coordinarsi allo standard.

Autorità di bilanciamento

Le autorità di bilanciamento hanno uno dei ruoli più fondamentali nel mantenimento dell’affidabilità della rete: assicurarsi che la fornitura di elettricità alla rete sia pari alla domanda. Questo è un processo in tempo reale per mantenere una frequenza impostata che mantiene la rete in funzione.

Queste autorità di bilanciamento includono RTO, operatori di sistema indipendenti (ISO) e servizi pubblici in regioni non soggette a RTO o ISO (principalmente l’Occidente e il Sud-Est). Gli standard di affidabilità del NERC sono la stella polare per le operazioni tecniche di questo atto di equilibrio tra domanda e offerta di elettricità. Ma dato il ruolo fondamentale di bilanciamento delle autorità sulla rete, il NERC applica anche standard che vanno oltre queste operazioni tecniche e riguardano questioni come i protocolli di comunicazione, la sicurezza (sia informatica che fisica) e la rendicontazione dei dati per la pianificazione futura.

Trasmissione

Molti gruppi sono coinvolti per garantire che la rete di trasmissione sia adeguatamente mantenuta e che ci siano linee sufficienti per portare l’elettricità ai clienti ora e in futuro. Prima della deregolamentazione negli anni ’90, i servizi di pubblica utilità possedevano e gestivano in gran parte la trasmissione per la loro area di servizio. Sebbene le linee di trasmissione siano ancora di proprietà di queste società di servizi pubblici, le operazioni vengono spesso cedute agli RTO per garantire che l’energia venga fornita in modo efficiente in tutto il territorio. Molti dei requisiti di progettazione e manutenzione della struttura, come il taglio degli alberi vicino alle linee di trasmissione, ricadono ancora sul proprietario della trasmissione.

Mentre il NERC stabilisce gli standard per l’affidabilità della trasmissione, gli stati e gli RTO svolgono un ruolo importante nella conformità. Questo perché lo sviluppo effettivo della trasmissione, comprese le autorizzazioni, la pianificazione e la ripartizione dei costi, sono soggetti all’autorità statale e dell’RTO.

Generazione

Similmente alla trasmissione, assicurarsi che ci sia abbastanza elettricità generata per l’affidabilità della rete ricade su più entità. A un livello molto semplificato, il NERC stabilisce parametri di prestazione che monitorano la quantità di capacità di generazione di cui la rete ha bisogno per soddisfare la domanda. Ma questo è in realtà incredibilmente complicato considerando le diverse caratteristiche di ciascuna risorsa, prevedendo la domanda di elettricità e la variazione nel modo in cui sono impostati i mercati elettrici regionali.

Mentre il NERC stabilisce i requisiti prestazionali e quindi influenza indirettamente quali impianti di generazione verranno costruiti, la pianificazione e lo sviluppo degli impianti devono ricevere l’approvazione statale. Mantenere la rete affidabile non dipende solo dal NERC per stabilire standard adeguati, ma anche da molti altri enti per coordinare lo sviluppo di questa infrastruttura.

Le entità di cui sopra dovrebbero darti un’idea di come funziona insieme il sistema energetico di massa, ma ci sono altri attori che contribuiscono all’affidabilità della rete sotto la giurisdizione del NERC. In particolare, ci sono gruppi che si coordinano tra questi diversi pezzi e pianificano le esigenze regionali di affidabilità a lungo termine.

La Commissione federale per la regolamentazione dell’energia svolge un ruolo importante

Un’ultima entità che svolge un ruolo importante nel mantenimento dell’affidabilità della rete è la Federal Energy Regulatory Commission (FERC). Il FERC svolge un ruolo di supervisione e deve approvare tutti gli standard sviluppati dal NERC. L’autorità del FERC si estende fino a ordinare al NERC di sviluppare o modificare standard per affrontare specifici problemi di affidabilità.

Inoltre, FERC ha una supervisione dell’affidabilità su tutti i servizi pubblici e gli RTO (ad eccezione delle Hawaii e dell’Alaska). Ciò è particolarmente importante per l’affidabilità considerando che gli RTO e i servizi pubblici sono profondamente coinvolti nello sviluppo e nella pianificazione della trasmissione e della generazione. Sebbene la pianificazione della rete da parte degli RTO e dei servizi pubblici debba in ultima analisi aderire agli standard di affidabilità del NERC, esiste una gamma di modi in cui un RTO o un servizio pubblico può raggiungere questi requisiti. Pertanto, il FERC può modellare il modo in cui l’industria energetica pensa di pianificare e implementare una rete affidabile.

Chi manca?

Con così tante entità che lavorano per garantire l’affidabilità della rete, perché vediamo ancora guasti catastrofici della rete durante eventi meteorologici estremi?

Una delle maggiori vulnerabilità per l’affidabilità della rete elettrica è il sistema del gas.

Non esiste un equivalente NERC per il sistema del gas e questa mancanza di supervisione ha creato seri problemi alla rete, soprattutto in condizioni meteorologiche estreme. Le centrali a gas hanno generato il 40% dell’elettricità negli Stati Uniti nel 2022, e quando queste centrali non funzionano a causa di malfunzionamenti degli impianti o problemi di fornitura di carburante (problemi che potrebbero essere risolti con una supervisione più forte), ciò influisce sulla rete elettrica. Durante la tempesta invernale Uri nel 2021, i guasti agli impianti del gas, molti dei quali causati dall’incapacità del sistema del gas di fornire carburante sufficiente, hanno contribuito in modo determinante al collasso della rete del Texas che ha portato alla devastante morte di 246 persone.

D’altro canto, l’elettricità è necessaria anche per la produzione e la distribuzione del gas. Ciò significa che i guasti degli impianti a gas che hanno un impatto sulla rete possono alimentare un circolo vizioso di inaffidabilità della rete poiché le interruzioni di corrente fanno scattare più problemi agli impianti di gas.

Sfortunatamente, gli sforzi per affrontare l’affidabilità della rete elettrica continueranno a essere incompleti se non verranno affrontate le questioni relative all’affidabilità del gas. Una rapida transizione verso una rete più pulita può contribuire a ridurre l’eccessiva dipendenza dal gas in periodi di condizioni meteorologiche estreme. Ma ora l’industria del gas deve essere ritenuta responsabile del suo ruolo nel contribuire a mantenere una rete affidabile.

Le inadeguatezze del sistema del gas impediscono gli sforzi per una maggiore affidabilità della rete e i passati fallimenti della rete rivelano le conseguenze mortali di questa vulnerabilità.

Dobbiamo aggiornare l’affidabilità della rete per soddisfare le esigenze odierne

La transizione verso l’energia pulita è in corso ed è importante che gli operatori di rete aggiornino il modo in cui pensano all’affidabilità della rete. Mentre gli eventi meteorologici estremi tagliano fuori i combustibili fossili, le narrazioni secondo cui i combustibili fossili sono una risorsa garantita per l’affidabilità della rete si stanno rivelando obsolete e dannose.

Durante la tempesta invernale Elliott, si sono verificati diffusi casi di mancata connessione degli impianti di gas alla rete a causa di problemi alle attrezzature e al carburante dovuti al freddo. Nella recente ondata di caldo estivo in Texas, sono state le energie rinnovabili e lo stoccaggio a mantenere attiva la rete mentre la domanda di elettricità ha raggiunto livelli record e gli impianti di combustibili fossili sono rimasti offline. Gli interessi sui combustibili fossili continuano a mettere da parte gli sforzi per integrare rapidamente le risorse energetiche pulite nella rete, cosa che migliorerebbe l’affidabilità della rete e aiuterebbe ad affrontare il cambiamento climatico.

Se vogliamo dipendere dal NERC e da altre organizzazioni legate alla rete per fornire una rete affidabile, devono adattarsi al cambiamento climatico e al panorama del mercato che mostra sempre più l’importanza che le energie rinnovabili e altre soluzioni di energia pulita possono fornire alla rete.

Per gentile concessione dell’Unione degli scienziati interessati, The Equation. Di Viviana Yang