I contatori intelligenti e la tariffazione dinamica possono aiutare i consumatori a utilizzare l’elettricità quando è meno costosa, risparmiando denaro e riducendo l’inquinamento

Gli americani vogliono che la loro elettricità sia economica, pulita e affidabile, ma quella tripletta sta diventando sempre più sfuggente, grazie al cambiamento climatico. Secondo un rapporto del 2021 dell’organizzazione di ricerca senza scopo di lucro Climate Central, oltre l’80% delle principali interruzioni segnalate negli Stati Uniti dal 2000 al 2021 sono state causate da condizioni meteorologiche estreme, come ondate di calore, incendi e tempeste tropicali.

Siamo un economista e un ingegnere elettrico che studia come un maggiore utilizzo della tecnologia dei contatori intelligenti a due vie può essere utilizzato per ridurre le emissioni di gas serra dal settore elettrico e aiutare l’economia a resistere alle condizioni meteorologiche estreme dovute al clima. A nostro avviso, l’adattamento del sistema elettrico a condizioni meteorologiche sempre più instabili richiederà una combinazione di tecnologie di facile utilizzo e incentivi economici.

Mappa che mostra i luoghi di siccità, ondate di calore, tempeste di grandine e altri disastri meteorologici e climatici da miliardi di dollari.
Da gennaio a settembre 2022, gli Stati Uniti hanno subito 15 eventi meteorologici e disastri climatici con perdite superiori a 1 miliardo di dollari ciascuno. Alcuni di questi eventi hanno causato interruzioni di corrente di più giorni.
NOAA

La promessa dei contatori intelligenti

Fino a poco tempo, la maggior parte delle famiglie statunitensi disponeva di contatori elettrici meccanici. I dipendenti delle utility avrebbero visitato ogni casa per fare una lettura mensile che l’azienda avrebbe utilizzato per calcolare la bolletta della famiglia.

A partire dai primi anni 2000, le utility hanno iniziato a implementare i contatori intelligenti, noti anche come infrastruttura di misurazione avanzata o AMI. Questi dispositivi elettronici misurano il consumo di elettricità di una casa e lo comunicano all’utenza in modalità wireless ogni pochi minuti.

La comunicazione tra il contatore intelligente e l’utilità è un canale bidirezionale, che consente all’utilità di collegare o scollegare in remoto l’alimentazione a una casa. Il Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti stima che nel 2020 oltre 90 milioni di sistemi AMI residenziali fossero stati installati a livello nazionale. Circa due terzi dei contatori elettrici negli Stati Uniti sono ora contatori intelligenti.

Per le utenze, i contatori intelligenti riducono il costo della lettura dei contatori e consentono di rilevare e rispondere rapidamente alle interruzioni di corrente. I dati dettagliati sull’utilizzo forniti dai contatori intelligenti possono aiutare le utility a comprendere e prevedere meglio la domanda dei clienti utilizzando l’analisi dei dati e gli strumenti di intelligenza artificiale.

Con queste informazioni, le utility possono gestire le proprie operazioni per aiutare a prevenire i blackout dovuti alla mancanza di capacità di generazione.

Le utility stanno collaborando con aziende come Opower per fornire ai clienti app e report mobili che li aiutino a monitorare e comprendere il loro consumo di elettricità. Un rapporto tipico può consentire a un cliente di confrontare il suo utilizzo in 12 mesi con i suoi 100 vicini più vicini e 20 vicini più efficienti dal punto di vista energetico.

Gli studi dimostrano che la ricezione di tali segnalazioni porta i consumatori a ridurre il consumo di elettricità di circa il 2%. La riduzione di alcuni punti percentuali di picco della domanda può consentire alle utility di evitare blackout durante i periodi di forte domanda.

Grafico che mostra come la domanda di elettricità oscilla quotidianamente in primavera, estate, autunno e inverno nella regione dell'Atlantico centrale degli Stati Uniti.
Questo grafico mostra il consumo di elettricità in 13 stati dell’Atlantico centrale e nel Distretto di Columbia. In inverno e in primavera, l’utilizzo quotidiano inizia ad aumentare intorno alle 5 del mattino quando le persone si alzano e si preparano per il lavoro e la scuola. L’utilizzo invernale in genere diminuisce durante il giorno quando gli edifici si riscaldano e le temperature esterne aumentano. In estate e in autunno, il consumo di elettricità aumenta gradualmente durante il giorno con l’aumento delle temperature esterne. Raggiunge il picco tra le 17:00 e le 18:00 quando le persone iniziano a tornare a casa, quindi diminuisce quando il sole e la temperatura scendono, facilitando la necessità di raffreddamento.
PJM, CC BY-ND

Durante eventi meteorologici estremi come le ondate di calore, le utility emettono regolarmente appelli di conservazione ai propri clienti. L’analisi dei dati dei contatori intelligenti può essere utilizzata per individuare quali clienti rispondono effettivamente a queste richieste.

Dispositivi intelligenti e prezzi dinamici

Le utility stanno iniziando ad abbinare i contatori intelligenti ad altre nuove tecnologie, incentivi sui prezzi e “spinta” sociale per incoraggiare la conservazione dell’elettricità.

Ad esempio, aziende come Google, Ecobee, Emerson e Honeywell stanno ora progettando termostati intelligenti preprogrammati per soddisfare le preferenze individuali dei clienti. Al variare della temperatura nel corso della giornata, i termostati agiscono in modo autonomo, come ad esempio il preraffreddamento della casa quando la richiesta di energia è inferiore. È stato stimato che i termostati intelligenti possono ridurre il consumo di energia dal 10% al 15%.

È possibile gestire ulteriormente il consumo di energia introducendo prezzi dinamici, variazioni di prezzo in tempo reale che si riflettono direttamente nelle bollette elettriche dei consumatori. Attualmente, la maggior parte delle famiglie statunitensi paga una tariffa fissa per ogni kilowattora di elettricità che utilizza, indipendentemente da quanto costa generarla.

Nella versione più semplice della tariffazione dinamica, tutti i consumatori di elettricità dovrebbero affrontare un prezzo in tempo reale più elevato per l’elettricità quando il maltempo riduce la fornitura di energia. Per un’azienda elettrica che ha implementato contatori intelligenti, i contatori segnalerebbero ai clienti, magari tramite un messaggio di testo, che il prezzo dell’energia aumenterà nelle prossime sei ore. Ciò avviserebbe i consumatori di spegnere i computer e ridurre il consumo di energia discrezionale.

Excel Energy in Colorado sta testando le tariffe relative al tempo di utilizzo abbinate ai contatori intelligenti.

Esperimenti sui prezzi a Washington, DC e in altre città hanno dimostrato che i consumatori riducono il consumo di elettricità quando devono affrontare picchi di prezzo durante i periodi di picco della domanda di elettricità. Se un numero sufficiente di persone e aziende partecipasse, la domanda aggregata di energia diminuirebbe, riducendo il rischio di blackout a livello di sistema.

Questa strategia fa bene anche all’ambiente. Le utility spesso ricorrono a centrali elettriche altamente inquinanti che funzionano con combustibili fossili quando la domanda supera l’offerta. Queste piante contribuiscono all’inquinamento atmosferico locale e alle emissioni globali di gas serra.

L’introduzione di prezzi di picco critici per l’elettricità riduce questa necessità di energia sporca. Evitare i blackout di alimentazione ridurrà anche la dipendenza dai generatori domestici, che spesso emettono un dannoso inquinamento atmosferico da particolato.

Mantenere i prezzi dinamici equi

Chiaramente, alcuni consumatori possono rispondere ai picchi di prezzo più facilmente di altri. Ad esempio, una persona che usa la dialisi domiciliare non può facilmente ridurre il proprio consumo di elettricità in breve tempo.

Prezzi dell’elettricità altamente volatili senza salvaguardie potrebbero innescare un contraccolpo pubblico. Ciò è accaduto durante il gelo del 2021 in Texas, che ha esposto alcuni consumatori a bollette dell’elettricità astronomiche durante un’ondata di freddo pericolosa per la vita.

Gli economisti hanno escogitato strategie di prezzo per incoraggiare il risparmio energetico senza sminuire i prezzi delle persone vulnerabili. Ad esempio, un’utilità può utilizzare i dati dei contatori intelligenti e l’intelligenza artificiale per identificare i clienti che sono i principali consumatori di elettricità, ma anche rispondere agli aumenti dei prezzi riducendo il consumo di energia. A questi consumatori potrebbe essere offerto un incentivo finanziario annuale in cambio dell’iscrizione a programmi di picco dei prezzi critici.

I clienti che accettano volontariamente l’accordo dovrebbero affrontare picchi di prezzo forse 15 giorni all’anno. Potrebbero proteggersi da grandi bollette energetiche investendo in misure di conservazione dell’energia, come l’installazione di isolamento, elettrodomestici ad alta efficienza energetica o pannelli solari.

Complessivamente, la loro risposta prevista, riducendo il consumo di energia durante i periodi di punta, aiuterebbe a ridurre il rischio di blackout. Il denaro federale della legge sulla riduzione dell’inflazione recentemente emanato potrebbe essere utilizzato per pagare le tasse di incentivazione anticipate.

Questo approccio riflette il fatto che una piccola percentuale di consumatori di elettricità rappresenta in genere una quota ampia della domanda totale. Se il 10% dei consumatori rappresenta il 30% della domanda di un’azienda elettrica e quel gruppo può essere incoraggiato a ridurre i propri consumi del 50%, la domanda aggregata diminuirà del 15% durante i picchi di prezzo critici. Il restante 90% dei consumatori non sarebbe esposto a picchi di prezzo.

Il finanziamento dell’energia pulita nell’Inflation Reduction Act rappresenterà il più grande investimento in clima ed energia negli Stati Uniti fino ad oggi. Riteniamo che indirizzare parte di questi finanziamenti verso programmi che incoraggiano l’adozione di dispositivi di misurazione dell’energia intelligenti, insieme all’introduzione di segnali di prezzo in tempo reale della scarsità di risorse, contribuirà a far avanzare la transizione verso l’energia pulita.

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