L’IoT per il monitoraggio energetico

Quando si parla di IoT e monitoraggio energetico ciò che viene immediatamente alla mente è il legame tra Smart Energy e Internet of Things, un legame di quelli solidi, destinati a durare. A scanso di equivoci, un monitoraggio e una gestione intelligente dell’energia sono possibili proprio grazie ai dispositivi IoT, interconnessi e dotati di sensori capaci di interagire con il sistema ambientale per cui sono stati programmati.

Sullo sfondo di un mercato che li vede in continua crescita, vediamo insieme quali sono le principali ragioni che fanno dei sistemi IoT e dell’analisi dei dati uno strumento fondamentale per dare forma alle strategie di monitoraggio energetico, quali sono i principali vantaggi derivanti dal loro impiego e perché le tecnologie informatiche su cui si basa la loro complessa infrastruttura saranno sempre più decisive in futuro.

IoT e monitoraggio energetico

In termini generici, i sistemi IoT (Internet of Things) fanno parte delle nove tecnologie abilitanti per l’Industry 4.0, con particolare riferimento alle piattaforme in grado di abilitare l’interconnessione dei servizi, con la relativa possibilità di gestirli in maniera intelligente e consapevole.

Immagine promozionale per il whitepaper su Data Driven

Pur caratterizzati da una tecnologia piuttosto varia e complessa, oltre che in continua evoluzione, i sistemi IoT sono relativamente semplici nei loro presupposti logici e funzionali. Si basano su periferiche direttamente dotate o in grado di connettersi ad una rete di sensori, utili a rilevare continuamente una situazione ambientale. I dati acquisiti possono essere pre-elaborati in locale e successivamente trasmessi ad un data center per elaborazioni più complesse, come quelle basate su Advanced Analytics e sulle tecniche di intelligenza artificiale. In altri termini, un sistema IoT consente di acquisire e analizzare dati per monitorare un sistema ambientale e formare delle analisi predittive finalizzate a rendere più efficiente il suo funzionamento.

La naturale vocazione di un sistema IoT è apparsa sin dalle sue prime manifestazioni tagliata su misura per soddisfare le esigenze del monitoraggio ambientale, sia da un punto di vista puramente pratico che di implementazione strategica. Tra gli esempi più ricorrenti, un sistema IoT è caratterizzato dagli strumenti di rilevamento (tracker e sensori) per la catena di approvvigionamento dell’energia elettrica, capaci di monitorare in tempo reale un’enorme quantità di dati relativi alle quantità di energia fornita, del funzionamento del sistema di distribuzione e al rendimento degli impianti che alimentano. Sulla base di questi dati è possibile ottenere sia il quadro della situazione in tempo reale che eseguire analisi accurate e funzionali al raggiungimento di determinati obiettivi. Si tratta quindi di una risorsa fondamentale per l’attività degli energy manager delle aziende e degli enti pubblici chiamati a dover supportare, su più livelli, le strategie di efficientamento energetico.

La conferma del fatto che il settore energetico sia un terreno d’azione assolutamente fertile e promettente per le applicazioni IoT ci arriva dai report dell’Osservatorio Internet of Things del Politecnico di Milano, la cui attività risulta particolarmente utile essendo basata nello specifico sul mercato italiano. Già nel 2019, considerando i contributi derivanti dalle applicazioni industriali, domotiche e delle smart city, l’intero comparto della Smart Energy contribuiva ad oltre il 50% del mercato IoT in Italia. I trend di crescita sono variabili a seconda delle singole applicazioni, ma arrivano in molti casi a superare anche il 20% annuo.

Sulla base di questa confortante premessa, le principali ragioni che hanno portato ad una rapidissima crescita del proficuo connubio tra IoT e monitoraggio energetico sarebbero le seguenti:

– adempimenti normativi, che richiedono l’acquisizione dei dati soddisfare gli audit energetici ed ottenere incentivi derivanti dalle azioni di efficientamento energetico, che si confermano una delle principali fonti di supporto economico funzionale ai processi di trasformazione digitale:
– diagnosi energetica più efficiente, nell’ottica del miglioramento continuo, quale risultato applicativo dei piani di monitoraggio energetico. L’impiego di un sistema IoT consente una ricaduta diretta ed immediata in termini di ottimizzazione dei consumi.
– tecnologie sempre più diffuse in vari ambiti, dove i sistemi IoT soddisfano un’esigenza di monitoraggio continuo, spesso grazie a dispositivi informatici in grado di supportare più funzioni, non strettamente legate all’analisi energetica.
– sistemi sempre più accessibili: sia in ambito domestico che in ambito industriale, i costi legati all’implementazione dei sistemi IoT stanno diventando sempre più economici, sia per la loro progressiva diffusione, come abbiamo visto nei punti precedenti, sia per il loro sviluppo tecnologico, che li rende sempre più efficienti, sia per la crescente capacità dei designer di progettare servizi essenziali e scalabili nel tempo, sulla base delle crescenti esigenze da parte dell’utente finale.

IoT e monitoraggio energetico, le principali applicazioni

In ambito industriale, con particolare riferimento alla fabbrica manifatturiera, i sistemi IoT consentono di monitorare i consumi dei principali vettori energetici (elettricità, gas, ecc.), il loro utilizzo puntuale da parte di tutti i dispositivi da loro alimentati, oltre ai flussi sul sistema di distribuzione. In questo contesto, un sistema di monitoraggio energetico è basato essenzialmente su tre sottosistemi:

– sensori intelligenti e Smart Meter: i trasmettono costantemente i dati relativi al funzionamento degli impianti, mentre i secondi sono orientati alla raccolta dei dati relativi ai consumi operativi degli utenti per supportare una reportistica completa di carichi, emissioni e costi di fornitura;
– sistemi di distribuzione: utilizzano l’analisi dei dati rilevati per variare automaticamente i carichi, funzionalmente ad una maggior sicurezza operativa e alla riduzione dei consumi energetici;
– sistemi di accumulo (Energy Storage): utilizzate ad esempio nei sistemi di fornitura di energia elettrica, costituiscono un’opzione molto interessante per incrementare la resilienza generale, grazie all’attivazione automatica delle erogazioni off-grid nel caso in cui il sistema IoT rilevi una minaccia tangibile a livello delle smart grid di riferimento.

Un importante settore applicativo dei sistemi IoT e monitoraggio energetico, oltre al settore manifatturiero e all’ambito dell’Industria 4.0, deriva dalle Smart City, le città intelligenti, per abilitare tutti i servizi interconnessi di cui necessita: gestione dei rifiuti, gestione idrica, monitoraggio strutturale, mappe del rumore, analisi dei flussi di mobilità, qualità dell’aria, segnaletica intelligente, manutenzione intelligente e rilevamento dei livelli del campo elettromagnetico, giusto per citarne alcuni.

I vantaggi di un sistema IoT e di monitoraggio energetico in azienda

L’impiego di sistemi IoT e monitoraggio energetico consentono di abilitare in maniera estremamente concreta quella visione 4.0 che sta ispirando i processi di trasformazione digitale. In termini generici, nell’ambito delle applicazioni aziendali, possiamo riepilogare una sintesi dei vantaggi derivanti dall’adozione di un sistema di monitoraggio energetico:

per i gestori dei servizi, la conoscenza dettagliata dei dati relativi ai consumi consente di personalizzare il servizio, erogando il più possibile soltanto dove e quando strettamente necessario;
per gli utenti uno dei vantaggi fondamentali consiste nel soddisfare gli adempimenti normativi in merito al monitoraggio energetico e al miglioramento continuo dell’efficientamento energetico, onde incorrere in penalizzanti sanzioni, oltre al fatto di poter sfruttare le agevolazioni previste per chi opera in maniera corretta e funzionale rispetto agli obiettivi;
ottimizzazione dei consumi, derivante da una mappatura puntuale, basata su dati oggettivi, che consente ai sistemi IoT di automatizzare la domanda di energia necessaria al funzionamento dei singoli impianti;
oggettiva riduzione degli sprechi grazie all’analisi dei dati, sia come naturale conseguenza dell’ottimizzazione dei consumi, sia quale conseguenza di strategie finalizzate a riorganizzare la gestione delle attività lavorative all’interno di un’azienda, nella direzione di uno sviluppo sostenibile dal punto di vista economico ed ambientale, con significative riduzioni di emissione di anidride carbonica nell’atmosfera;
monitoraggio in tempo reale dei sistemi industriali, che consente di conoscere lo status di funzionamento e prevenire guasti o malfunzionamento, spesso causa di fermo macchina ed interruzioni del servizio molto penalizzanti per l’economia di un’azienda;
analisi e manutenzione predittiva, derivanti dall’analisi dello storico dei dati di funzionamento relativi ai consumi energetici. Una base oggettiva consente l’impiego di modelli previsionali per la manutenzione, utile a razionalizzare gli interventi di manutenzione ed eseguirli soltanto dove strettamente necessario.

Il valore aggiunto dell’infrastruttura IT: Edge, Cloud e 5G

Dal punto di vista tecnologico, i sistemi IoT, con le loro innumerevoli varietà applicative, costituiscono uno scenario estremamente vario e stimolante. Le previsioni di crescita delle singole componenti tecnologiche che caratterizzano l’infrastruttura IT costituiscono un’ulteriore garanzia di investimento in questa direzione, oltre che un imprescindibile elemento di valore aggiunto.

L’architettura IT di riferimento per i sistemi IoT è l’Edge Computing, che consente ai terminali, collocati sulle periferie della rete, di connettersi, scambiare ed elaborare dati in locale. In altri termini, le architetture Edge consentono di dialogare direttamente con i sensori, sfruttando la capacità computazionale delle periferiche, con tempi di latenza molto ridotti, non essendo previsto uno scambio continuo di dati con un data center in remoto. Tale funzione viene assolta direttamente dai device IoT o da una serie di data center in locale, dotati di una connessione ethernet o wireless, con protocolli di rete evoluti come nel caso delle LPWA (Low Power Wide Area), capaci di coprire anche diversi km. Sulla base di questa premessa, le tecnologie del Cloud Computing apparirebbero quasi marginali, nel contesto di un design orientato a privilegiare le periferie della rete, piuttosto che i servizi centralizzati. In realtà, un’analisi più attenta ci dimostra che proprio la maggior efficienza nella computazione locale costituisce una più agile trasmissione dei dati ai sistemi centralizzati, dove possono essere predisposte le operazioni di analisi più gravose, come quelle che prevedono l’utilizzo delle tecniche di intelligenza artificiale.

Dal punto di vista della connettività un ruolo chiave nell’integrazione Cloud to Edge è atteso dalla diffusione delle reti 5G, indispensabile per garantire la larghezza di banda utile ad ampliare il range di applicazioni che attualmente vedono nel traffico dei dati il principale collo di bottiglia.

Nella seguente infografica di Keplero un esempio pratico di

Smart Manifacturing con il progetto MANIFOLD

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