di Marco dé Francesco ♦ In un mondo sempre più affamato di energia elettrica la sfida del futuro si potrebbe giocare in nanosecondi: gestione e controllo di flussi di elettroni e di dati. Con auto elettriche che diventano salvadanai energetici, relè innovativi, smart grid e altre innovazioni. Ecco le soluzioni digitali di ABB Ability, che viaggiano sul cloud Microsoft Azure
Produzione persa, impianti e manodopera inattiva, prodotti difettosi, danni, attrezzature danneggiate sono fra gli effetti delle interruzioni di potenza nell’industria manifatturiera. In generale, secondo il sondaggio “Allianz Risk Barometer 2017” (condotto su 1.237 esperti di rischio di 55 paesi) il rischio più sentito dalle aziende a livello globale è il blocco delle attività.
Che può essere causato anche da un black-out. Nel 2006, infatti, il Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab), legato al dipartimento dell’energia dell’Università della California, ha stimato il costo annuo delle interruzioni di potenza per gli Usa: 79 miliardi di dollari, di cui 20,4 (26%) nel settore industriale, 56,8 (72%) nel commerciale e 1,5 (2%) nel residenziale. Il laboratorio (si legge in “The National cost of power interruptions to electricity costumers – A early peek at LBNL’s 2016 update estimate”, Joseph H. Eto) sta aggiustando il tiro.
I calcoli non sono ancora definitivi, ma in via preliminare si stimano costi, sempre per gli Usa, pari a 110 miliardi di dollari annui, di cui almeno 30 riguardano l’industria. È evidente che le perdite possono rappresentare un serio problema per la singola azienda, e ciò a prescindere dalle sue dimensioni. Ma oggi esistono delle soluzioni in grado non solo di affievolire, ma anche annullare il rischio. Derivano dalle applicazioni del digitale nel contesto degli apparati dell’elettrificazione.
Xperience Industry 4.0
Se ne è parlato nel corso del Dalmine Industrial Media Event 2017 (17-18 maggio) “Xperience Industry 4.0”, organizzato dalla divisione Electrification Products di ABB – che ha convocato nell’occasione oltre 60 giornalisti della stampa tecnica internazionale. In questa sfida, peraltro, ABB – acronimo di Asea Brown Boveri , colosso dell’energia e dell’automazione con sede a Zurigo, 132mila dipendenti e un fatturato di 35,4 miliardi di dollari – ha stretto una partnership importante con Microsoft che, con 85,3 miliardi di dollari di fatturato e 500 miliardi di capitalizzazione azionaria, è una delle più importanti aziende di informatica del mondo.
Più energia elettrica per la digitalizzazione
In generale, la domanda di energia elettrica è destinata ad aumentare, a seguito della digitalizzazione. Per elaborare miliardi e miliardi di dati, provenienti da macchine industriali e prodotti, occorrono apparecchiature di considerevoli dimensioni che, surriscaldandosi, necessitano di una notevole quantità di energia per il raffreddamento. Secondo Mario Corsi, Country Managing Director at ABB Italia «esiste una singolare somiglianza tra le formule matematiche che riguardano il flusso degli elettroni e quelle relative al flusso dei dati informatici. Dove fluiscono gli elettroni, fluiscono i bit. Ciò diventa un elemento fondamentale in vista del futuro dei sistemi di trasmissione dell’energia elettrica, che si affiancano a quelli di gestione dei dati».
Gestire i flussi di elettroni
Sempre secondo Corsi, «il fatto è che oggi in Italia ci sono 600mila flussi di energia elettrica derivanti da fonti rinnovabili, immessi in rete al di là di ogni ordine di previsione, e senza controllo. Le reti elettriche nazionali, come d’altra parte quelle estere, sono pertanto sbilanciate. Quindi il tema fondamentale è quello di riuscire a gestire i flussi di elettroni; ed è al contempo quello di avere informazioni che consentano di esercitare un controllo almeno locale sulla distribuzione di energia.»
L’ auto elettrica utile anche.. in posteggio
«In questo campo stiamo sempre più lavorando sulle sottostazioni digitali e sugli smart product, che consentono di raccogliere dati sulla gestione dei flussi, sia di elettroni che di dati». Occorre compensare gli squilibri. «In questo ambito la mobilità elettrica puo’ giocare un importante ruolo. Le auto elettriche, infatti, possono svolgere la funzione di sistemi di storage. A fronte di immissioni in rete di energia proveniente dal solare e dall’eolico, le auto possono assorbire picchi di produzione (quando c’è il sole e quando c’è il vento) e sono in grado di restituire energia alla rete quando le condizioni climatiche o temporali sono diverse. Dunque queste macchine elettriche « contribuiscono a risolvere problemi ambientali; sono parte della sostenibilità delle smart city. E poi costituiscono un elemento di stabilizzazione delle reti elettriche».
Non solo informazioni ma anche ..calore dai Data Center
Sempre secondo Corsi «gli enormi volumi di big data derivanti dalla digitalizzazione richiedono sistemi di elaborazione sempre più potenti; ecco che i data center diventano a loro volta dei consumatori di energia, appunto per sostenere la gestione di una tale mole così imponente di informazioni. Ancora una volta elettroni e dati si ritrovano in una strettissima relazione. Sono già stati realizzati data center che consumano un Gigawatt, come una città di media grandezza. Il fatto è che queste apparecchiature producono calore che va assorbito. Si pensi a Facebook, che in Svezia dispone di un enorme sito».
A Helsinki il datacenter posto sotto una cattedrale riscalda sia la cattedrale che la rete urbana.
E in fabbrica? Back up piu’ potenti e veloci
Poi c’è tutta la questione industriale. In questo settore l’interruzione del flusso elettrico determina il blocco della fabbrica. Ma oggi le macchine parlano tra di loro, e si scambiano informazioni in vista della prosecuzione del servizio. Ciò consente di isolare il tratto soggetto a guasto. A Dalmine, in altre parole, sono in grado di verificare (e di simulare) quale parte del sistema sia difettosa. Viene isolata, e tutto il resto continua a funzionare. «Abbiamo studiato anche strategie diverse – ha continuato Corsi -: in effetti stiamo realizzando dei contenitori che dispongono di una micro-rete, e questa va a sostegno di aree dove si è verificato un default. In nanosecondi, in mancanza di tensione, entra in funzione un generatore, che va ad alimentare la rete elettrica. Quindi si assiste a backup sempre più potenti, sempre più veloci nell’entrare in funzione, proprio per evitare che le reti calino improvvisamente».
Ma come può un generatore entrare in funzione in un nanosecondo? «Stiamo parlando – ha chiarito Corsi – di sistemi ridondanti, che grazie a questi package dispongono sia di apparecchiature elettromeccaniche che di tanta elettronica di potenza. La batteria si attiva all’istante; subito dopo il generatore entra in funzione. Insomma, si tratta di apparati sempre più sofisticati». Sempre secondo Corsi, «peraltro, con la miniaturizzazione dei dispositivi, stiamo procedendo ad una generale riduzione del costo del prodotto».
Dal laboratorio di Dalmine i relè innovativi
Lo Stabilimento di Dalmine (Bergamo), ampiamente automatizzato, si occupa di prodotti e sistemi di media tensione. E cioè interruttori, quadri, sistemi di misura, relè, pacchetti completi e service per cabine e sottostazioni. Tuttavia, in un apposito laboratorio si possono sperimentare importanti avanzamenti della ricerca relativa a interruzioni dell’alta tensione. Si possono simulare guasti.
Paolo Perani, Business Development Manager in ABB Italia ha chiarito che «attualmente è in vigore uno standard per la progettazione dei sistemi di automazione per le sottostazioni elettriche (nodi nella rete di trasmissione dell’energia), l’ IEC 61850, definito dalla Commissione Elettrotecnica Internazionale. Si tratta di un linguaggio comune a tutti i progetti di smart grid, che consente alle macchine di comunicare, anzi di dialogare tra di loro. Per smart grid si intende l’insieme di una rete di informazione e di una rete di distribuzione elettrica realizzato per consentire la gestione “intelligente” della rete elettrica.
Lo standard prevede requisiti stringenti quanto a dispositivi di protezione, che necessitano tempi di risposta inferiori a 4 o 5 millisecondi».
Si è proceduto ad una simulazione. In effetti si sono aperti solo gli interruttori connessi al tratto guasto della rete; gli altri no. Il fatto è che innovativi relè (commutatori a comando elettrico per la chiusura o l’apertura semiautomatica di un circuito) dotati di sensori e, come si è detto, di un linguaggio comune, hanno individuato il guasto e hanno isolato la sezione difettosa. In un millisecondo, e cioè in un lasso di tempo non apprezzabile dall’uomo.
I vantaggi sul campo: l’esempio di Acea
«Bisogna sottolineare – ha continuato Perani – che nel 2014 Acea si è impegnata a rendere più intelligente la rete di distribuzione dell’energia elettrica in media e bassa tensione, con lo scopo di rendere Roma una città più intelligente sotto il profilo elettrico. Ciò è avvenuto grazie a una intesa con ABB Italia per l’attivazione di una smart grid. Acea ha implementato la continuità del servizio del 30%». In laboratorio si possono sperimentare anche dispositivi che hanno a che fare con la bassa tensione. In questo caso c’è di mezzo Ability, di cui si tratterà in seguito. In via preliminare, si può dire che il sistema consente di valutare il consumo reale di energia, che può essere assai inferiore alla quantità prevista dal contratto. Che un’azienda, in questo caso, potrebbe rinegoziare.
Gestire i flussi energetici in costante aumento
La relazione tra digitale ed energia è ormai determinante nel contesto globale. D’altra parte, l’intervento (“Enabling a safer, more reliable flow of electricity”) del presidente della divisione “Electrification products” di ABB Tarak Mehta era diretto verso la stessa direzione, per così dire. «Entro il 2040 – ha chiarito nell’occasione Mehta – la domanda di energia aumenterà del 60%; mentre entro il 2020 saranno connessi in rete 20 miliardi di dispositivi, e il 35% delle auto prodotte saranno propulse da un motore elettrico. Ad oggi, ogni giorno sono commissionati 500mila pannelli fotovoltaici; ma la domanda è destinata a triplicare in tre anni». Ci troviamo di fronte, cioè, ad una rivoluzione epocale.
«Quanto all’elettrificazione – ha continuato Mehta – noi siamo partner di diversi generi di consumatori: utility, quanto a elettrificazione rinnovabile e distribuzione intelligente; manifattura, quanto a distribuzione elettrica, qualità di alimentazione e affidabilità, sicurezza e protezione; trasporti e infrastrutture, per l’automazione e l’elettrificazione egli edifici, per i data center e per l’elettrificazione dei trasporti».
Verso una realtà dove tutto è collegato
Di particolare rilievo, alla luce della stessa prospettiva, l’intervento (“Path to pioneering technology leadership – Distribution in a digital world”) del direttore tecnico di ABB Bazmi Husain. «Alcuni megatrend sono ben visibili e stanno cambiando il mondo attorno a noi – ha affermato Husain -. Nel campo dell’elettrificazione, ad esempio: un maggiore utilizzo dell’elettricità; rinnovabili a tutti i livelli; stoccaggio a tutti i livelli; micro e mega reti; reti AC (alternate) e DC (continue); e nuovi modelli di business. Quanto alla digitalizzazione, si pensi all’internet delle cose, alla sicurezza informatica, all’intelligenza artificiale, agli standard globali e ai data center.
Siamo diretti verso una realtà dove tutto è collegato. Quanto alle variazioni demografiche, si pensi solo alla costante crescita della popolazione globale e al fenomeno dell’urbanizzazione, che determina la trasformazione di città in megalopoli. Tutto ciò comporta il reperimento di risorse: cibo, acqua e energia». Sempre per Husain, «ABB, in vista del progresso industriale, ha alzato la posta di continuo, e da più di un secolo: dalle macchine a vapore dei primi anni del Novecento a quelle ad altissimo voltaggio; dalle turbine a gas al robot YuMi®.
Le trasformazioni in atto : energia e quarta rivoluzione industriale
«Ora, bisogna prendere atto – sottolinea Husain – che, a livello globale, sono in corso due profonde trasformazioni: una riguarda l’energia, e l’altra è la quarta rivoluzione industriale. Coinvolgono le utility, l’industria e il settore dei trasporti e delle infrastrutture. C’è pertanto un mercato dinamico e in sviluppo, che crea opportunità senza precedenti: parliamo appunto di interconnessione di reti, di tetti in grado di raccogliere l’energia solare, di digitalizzazione, di accumulazione di energia e di nuovi modelli di business».
Quanto alla digitalizzazione, Husain la vede così: «Le tecnologie digitali stanno portando innovazioni nei mercati industriali; in un contesto in cui la “killer app”, e cioè l’applicazione decisiva, riguarda il commercio interaziendale, ancor più delle relazioni che l’impresa detiene con la clientela. Stiamo parlando di realtà virtuale e aumentata, di big data, di connettività, di cloud computing e di blockchain (sorta di registro contabile delle operazioni realizzate in bitcoin; ma pare che il meccanismo – un database distribuito che sfrutta le tecnologie peer-to-peer, possa trovare ulteriori applicazioni; Ndr). Quanto alle opportunità digitali, il vantaggio nei costi per i nostri clienti è stimato nell’ordine di mille miliardi di dollari. Ma torniamo all’elettrificazione. C’è di mezzo Ability».
Ability
Ability è un portafoglio all’avanguardia di oltre 180 soluzioni e servizi digitali industriali. Secondo ABB, «Ability aiuta i clienti delle utility, delle industrie, dei trasporti e delle infrastrutture a sviluppare nuovi processi e a far evolvere quelli esistenti, fornendo analisi e ottimizzando attività di programmazione e controllo delle attività operative in tempo reale. I risultati possono poi essere inseriti in sistemi di controllo per migliorare parametri chiave come il tempo di funzionamento di una fabbrica, la velocità e la resa». Industria Italiana si è già occupata del portfolio, lanciato nel marzo di quest’anno.
Nell’occasione il Ceo di ABB, Ulrich Spiesshofer, dichiarò che «Ability, è la sintesi del nostro intero portafoglio di soluzioni e servizi». In effetti Ability offre «soluzioni per la gestione delle performance per industrie ad alta intensità di asset; sistemi di controllo per industrie di processo; servizi di monitoraggio remoto per robot, motori e apparecchiature; oltre a soluzioni per il controllo di edifici, reti di ricarica per veicoli elettrici e piattaforme offshore».
Una vasta offerta, già a disposizione di colossi di settori diversi, come Shell Oil, CenterPoint Energy, Con Edison, BASF, Royal Caribbean, Cargill, Volvo, BMW e altri. Peraltro a marzo l’azienda dichiarò che «le soluzioni digitali e i servizi di prossima generazione di ABB Ability sono in fase di sviluppo e sono basate sulla piattaforma cloud Azure di Microsoft, in virtù della partnership strategica con la nota società di software».
La partnership con Microsoft
E in effetti la collaborazione con Microsoft è stata ribadita a Dalmine. Marcello Buoncompagni e Ivan Mazzoleni, rispettivamente IoT and Data Insights Lead di Microsoft Italia e Digital Transformation Lead di Microsoft Italia, hanno illustrato il futuro delle piattaforme Cloud. Ma hanno anche parlato di ABB Ability™ Electrical Distribution Control System, una piattaforma di gestione su cloud sviluppata per monitorare, ottimizzare e gestire gli impianti elettrici. In pratica, si utilizza una architettura basata sul Cloud e studiata in collaborazione con Microsoft per raccogliere, elaborare e memorizzare i dati, e ciò con tre finalità: monitoraggio, ottimizzazione e gestione.
La prima funzione consente di valutare le prestazioni dell’impianto; la seconda di ottenere report automatici e di migliorare l’uso degli asset; la terza, non soltanto di configurare gli allarmi ma anche di «implementare da remoto un’efficace strategia di gestione per risparmiare sui costi dell’energia in maniera semplice». I servizi sono scalabili; infatti tutti i dispositivi di bassa tensione sono connessi all’interno del quadro, tramite tecnologia plug and play (“collega e usa”: l’operatore non deve mettere in atto particolari procedure di istallazione o configurazione). Stiamo parlando di Interruttori aperti, scatolati, interruttori magnetotermici, dispositivi di misura, sezionatori e portafusibili e altro.
La soluzione può essere integrata con Ekip Com Hub che stabilisce la connessione in cloud per l’intero quadro. «È sufficiente inserire nella morsettiera questo modulo di comunicazione a cartuccia dedicato e collegarlo a Internet» – spiega l’azienda. È possibile anche una soluzione esterna, e cioè quando il modulo Ekip E-Hub viene montato su un particolare supporto consentendo di raccogliere i dati di tutto l’impianto. Comunque sia, secondo Buoncompagni e Mazzoleni, grazie a ABB Ability™ Electrical Distribution Control System «il consumatore finale risparmia fino al 30% dei costi operativi; i consulenti possono potenziare un progetto e aumentarne il valore del 15%; il facility manager può agire in un minuto ovunque, in qualsiasi momento; mentre il costruttore del pannello può collegarlo al Cloud in dieci minuti».
Tornando a Husain, «quanto ai driver digitali di ABB Ability per la distribuzione elettrica, anzitutto la facilità di fare business: e ciò grazie a un catalogo digitale interattivo e a configuratori e modelli digitali; poi le funzionalità dell’analogico al digitale: e ciò sia per quanto riguarda le funzionalità di base che l’interfaccia uomo macchina che la connettività; ancora, l’integrazione di nuove funzionalità: controllo, misurazione, monitoraggio, diagnostica e intelligenza distribuita; infine i servizi in remoto, e ciò grazie alla piattaforma ABB Ability».
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ABB
ABB opera in oltre 100 Paesi con circa 132.000 dipendenti. É un’azienda leader nel campo dell’innovazione tecnologica applicata ai prodotti per l’elettrificazione, alla robotica e al controllo del movimento, all’automazione industriale e alle reti elettriche, con clienti in tutto il mondo nei settori delle utility, dell’industria, dei trasporti e delle infrastrutture. Proseguendo una storia di innovazione di oltre 125 anni, oggi ABB si appresta a scrivere il futuro della digitalizzazione industriale dando il via ad una nuova rivoluzione energetica e alla quarta rivoluzione industriale.
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Microsoft Azure
Microsoft Azure è una raccolta di servizi cloud integrati per creare, distribuire e gestire applicazioni tramite la rete globale di data center Microsoft: tutti servizi e soluzioni che tradizionalmente richiedevano investimenti e installazioni su base locale . Con la piattaforma Azure, si può creare e distribuire in qualsiasi ambiente le applicazioni e i framework più adatti alle necessità con un elevato grado di flessibilità e scalabilità. Per quello che riguarda la distribuzione, Azure consente la massima versatilità: si può connettere l’ambiente cloud e l’ambiente locale tramite le funzionalità di cloud ibrido coerenti e usando tecnologie open source per ottenere la massima portabilità. Azure offre la coerenza ibrida in ogni situazione, dallo sviluppo di applicazioni, alla gestione e alla sicurezza, fino alla gestione delle identità e nell’intera piattaforma dati. La piattaforma permette di ottenere una copertura globale, partendo da aree locali: il servizio cloud è in esecuzione in una rete globale di data center gestiti da Microsoft in 40 aree specificate ed è dotato di un Centro sicurezza che permette di prevenire, rilevare e gestire le minacce tramite livelli maggiori di visibilità e controllo di tutte le risorse.
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