Gli operatori della rete elettrica spesso tengono d’occhio il termometro, in particolare durante la stagione estiva di pericolo, poiché le temperature giornaliere superano i 90 gradi Fahrenheit e le ondate di caldo si diffondono in tutto il paese.
E per una buona ragione: gli eventi di caldo estremo causano una serie di problemi di affidabilità della rete. La domanda di elettricità sale alle stelle con temperature e umidità elevate, a volte superando l’offerta di generazione disponibile. Condizioni di caldo estremo spesso influiscono anche sull’efficienza delle centrali elettriche e dei sistemi di trasmissione. Lo scenario peggiore potrebbe comportare interruzioni di corrente, che possono variare da scomode a mortali per le comunità colpite. E anche lo scenario migliore richiede l’impegno da parte dei servizi pubblici e degli operatori per gestire le risorse disponibili, posticipare la manutenzione programmata per mantenere in funzione le centrali elettriche ed effettuare acquisti dell’ultimo minuto sul mercato elettrico per soddisfare la domanda.
Nel complesso, il caldo estremo rappresenta una delle principali preoccupazioni per l’affidabilità della rete e quindi giustifica l’uso di sistemi di allarme robusti e trasparenti per avvisare gli operatori degli impianti e della distribuzione (e in alcuni casi, i clienti) dell’imminente tensione sulle infrastrutture elettriche.
Ciascuna delle sette organizzazioni regionali di trasmissione (ORT), che gestiscono circa due terzi dell’energia elettrica del Paese, struttura il proprio sistema di allarme in modo diverso.
Aree coperte dai sette operatori di trasmissione regionali degli Stati Uniti nel paese e aree scoperte. Fonte: Progetto FERC Sostenibile.
Cosa vedono i clienti quando la rete è tesa
Se ti trovi nello stato della California, è probabile che tu abbia ricevuto via e-mail o SMS, o visto su un notiziario o su un cartellone stradale, quello che viene chiamato Flex Alert. Gli avvisi Flex sono uno dei metodi di riferimento del California Independent System Operator (CAISO) per gestire la pressione indotta dalle ondate di calore sulla rete.
I dirigenti dell’agenzia citano Flex Alerts come fondamentali per prevenire interruzioni nello stato. Queste notifiche vengono inviate ai clienti quando la domanda di elettricità inizia ad avvicinarsi a livelli che le fonti di generazione non riescono a tenere il passo, portando le società di servizi pubblici a richiedere ai clienti di rifiutare l’uso non essenziale per un breve periodo di tempo. La conseguente riduzione della domanda di energia elettrica, sebbene relativamente modesta, spesso impedisce al gestore della rete di entrare in crisi dietro le quinte. Il Flex Alert li aiuta a evitare cose come i tentativi dell’ultimo minuto per coordinare le fonti di generazione, il rinvio della manutenzione programmata dell’impianto e, negli scenari peggiori, interruzioni di corrente.
California, è quasi ora di ridurre il tuo #energia utilizzo. Ecco come puoi contribuire a mantenere il flusso di elettricità pic.twitter.com/qlzYbW9niz
— ISO della California (@California_ISO) 6 settembre 2022
Fonte: https://twitter.com/California_ISO/status/1567279029992013826
L’Electric Reliability Council of Texas (ERCOT) è l’RTO che serve la maggior parte del Texas. Utilizza un metodo simile: inviare appelli al risparmio energetico attraverso i mezzi di informazione pubblici durante i periodi di caldo estremo.
CAISO ed ERCOT sono due delle poche agenzie che emettono avvisi a livello di RTO rivolti ai clienti relativi a eventi di caldo estremo, oltre alle procedure di notifica che utilizzano con i propri operatori. Altri RTO si basano principalmente su schemi di notifica che avvisano gli operatori degli impianti e della distribuzione di eventi preoccupanti, mantenendo l’impulso ad agire fuori dalle mani dei consumatori.
Durante un’ondata di caldo e fuori dal campo visivo del cliente, ecco cosa succede nella parte posteriore della rete.
Dietro le quinte durante un’ondata di caldo
Esistono più livelli di avvisi di affidabilità destinati a una varietà di parti interessate su scala sia regionale che nazionale. La NERC, la North American Electricity Reliability Corporation, stabilisce standard di affidabilità per il settore elettrico in Canada e negli Stati Uniti: questi sono chiamati EEA o Energy Emergency Alerts. Per una determinata regione, l’emissione di un SEE 1 indica che tutte le risorse in grado di generare elettricità vengono utilizzate per soddisfare la domanda attuale.
Un EEA 2 è il livello successivo e viene utilizzato quando una regione non è in grado di soddisfare la domanda energetica prevista e deve intraprendere procedure di gestione del carico, come notificare l’emergenza ad altre regioni, coordinare ulteriormente le risorse di generazione e affrontare eventuali vincoli di trasmissione.
Un EEA 3 viene emesso quando una regione non è in grado di soddisfare la sua attuale domanda di energia e si verifica un’interruzione di corrente.
Gli eventi di caldo estremo possono spesso mettere a dura prova la rete elettrica che porta ai SEE, quindi la maggior parte degli RTO incorpora la struttura del NERC nei propri sistemi di allarme. Alcuni RTO arricchiscono poi i propri sistemi con maggiore specificità negli allarmi, in particolare quelli legati al meteo, mentre altri si attengono alle basi.
Il Southwest Power Pool (SPP) utilizza un sistema di allarme più specifico rispetto al NERC. Fonte: Southwest Power Pool.
Molti RTO dispongono di avvisi sullo stato della rete che segnalano specificamente le condizioni meteorologiche. L’ISO-NE del New England ha un sistema di allerta a 3 livelli per le condizioni di freddo, mentre il NYISO di New York si limita ad allertare per i temporali. L’SPP nel sud-ovest utilizza una categoria più generale di “avviso meteorologico” per condizioni meteorologiche avverse.
Gli operatori di rete si avvicinano al caldo estremo in modo diverso negli Stati Uniti
Dei sette operatori di trasmissione regionali, Midcontinent Independent System Operator (MISO) e Pennsylvania-New Jersey-Maryland Interconnection (PJM) sono gli unici a segnalare specificamente il caldo come una propria categoria di allerta. In entrambe le regioni, un “Allerta Meteo Caldo” richiede agli operatori dal lato della generazione e della trasmissione di cose di intraprendere procedure rafforzate di segnalazione e coordinamento. Durante questi eventi di caldo, i proprietari degli impianti e altre entità nelle regioni colpite segnalano all’RTO le disponibilità aggiornate di carburante e risorse, rivedono i piani di interruzione dell’energia elettrica e rinviano la manutenzione programmata delle unità di generazione quando possibile, garantendo che quanta più capacità rimanga online possibile.
Al contrario, CAISO ed ERCOT sono entrambe regioni che non dispongono di alcun tipo di sistema di allerta meteorologico specifico, limitandosi solo agli allarmi che descrivono le condizioni della rete. L’ERCOT emette diversi tipi di avvisi: informazioni operative, sorveglianza e notifica delle condizioni operative (OCN). All’interno della descrizione di un orologio o di un OCN, viene generalmente descritto il motivo della sua emissione e può includere il caldo estremo, ma oltre a ciò, il tempo non è una categoria a sé stante.
Allo stesso modo, CAISO emette una serie di notifiche di emergenza: operazioni di manutenzione limitata (RMO), emergenze di trasmissione ed EEA 1-3. Le condizioni meteorologiche e le alte temperature sono generalmente elencate nella descrizione di questi avvisi, se hanno avuto un ruolo, ma non sono classificate come avvisi separati. Come gli altri RTO, qualsiasi avviso di emergenza da parte di CAISO o ERCOT attiva procedure migliorate di reporting e coordinamento: i proprietari degli impianti rinviano la manutenzione programmata, coordinano la disponibilità delle unità di generazione e rivedono i piani di interruzione, se necessario. Queste azioni dietro le quinte sono integrate dalle risposte in tempo reale dei clienti attraverso i Flex Alerts di CAISO e gli appelli di ERCOT per il risparmio energetico.
Non tutti gli operatori di rete raggiungono i clienti
Né MISO né gli avvisi meteo caldi di PJM richiedono l’intervento delle parti interessate oltre ai servizi pubblici e ad altre entità operative. Ciò significa che, sebbene questi avvisi siano disponibili al pubblico, i singoli clienti, le famiglie o le aziende non sono il pubblico previsto. Tuttavia, i clienti possono svolgere un ruolo importante nel ridurre la domanda sulla rete, anche durante le alte temperature.
La risposta alla domanda, in cui i clienti sono incoraggiati a ridurre la domanda di elettricità durante i periodi di punta di utilizzo, è una soluzione comune per bilanciare la domanda e l’offerta di elettricità. La risposta in tempo reale dei clienti può essere particolarmente utile durante i periodi di caldo estremo, quando l’aumento della domanda di aria condizionata e raffreddamento causa ulteriore tensione alla rete.
Per MISO e PJM, la richiesta di risposta in tempo reale al cliente non è attualmente integrata nelle procedure di allerta meteo caldo. Gli allarmi hanno solo lo scopo di preparare gli operatori della rete e degli impianti a condizioni di caldo estremo, concentrandosi quindi maggiormente sul lato dell’offerta dell’equazione di affidabilità dell’elettricità rispetto alla domanda. Ciò è in contrasto con RTO come CAISO, dove la risposta dei clienti agli avvisi relativi al caldo estremo e la conseguente riduzione della domanda sono fondamentali per mantenere la stabilità della rete elettrica della regione.
La domanda di picco della rete elettrica ISO della California ha raggiunto i 52.061 MW, un nuovo record assoluto. Ancora in SEE3 – nessuna riduzione del carico. La conservazione sta facendo la differenza. https://t.co/9gv5TqmPuQ
— ISO della California (@California_ISO) 7 settembre 2022
Fonte: https://twitter.com/California_ISO/status/1567334737617846273
Dobbiamo restare vigili per il futuro
Negli Stati Uniti, le ondate di caldo stanno crescendo sia in frequenza che in intensità a causa del cambiamento climatico. Oltre l’80% degli eventi di caldo estremo di quest’estate hanno mostrato un chiaro segnale climatico, con gli Stati Uniti sudoccidentali in particolare che hanno registrato temperature da record che in alcune regioni sono durate per settimane.
Condizioni meteorologiche così estreme stanno già portando a maggiori problemi di affidabilità e a tensioni sulla nostra rete elettrica. Tuttavia, con robusti sistemi di allarme e messaggistica relativi al caldo estremo, insieme a una perfetta integrazione delle risposte sia dal lato dell’offerta che da quello della domanda, operatori e clienti possono lavorare insieme per mantenere le luci accese in tutte le condizioni.
Di Tasnima Naoshin, per gentile concessione dell’Unione degli scienziati interessati, The Equation.
Tasnima Naoshin ha lavorato come Summer Schneider Fellow dell’UCS 2023 a Cambridge, Massachusetts. Ha conseguito la laurea in ingegneria civile presso la UC Berkeley nel 2022 e attualmente sta conseguendo un master in Atmosfera/Energia a Stanford.
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