Sistemi di smart metering di seconda generazione per la misura dell’energia elettrica in bassa tensione

Scheda di approfondimento

Osservazioni pervenute 

Contesto

• In attuazione dell'articolo 9, comma 3, del decreto legislativo n. 102/2014, con il documento per la consultazione 6 agosto 2015, 416/2015/R/eel, l'Autorità ha illustrato i propri orientamenti in merito alla definizione delle specifiche funzionali dei c.d. contatori elettronici di energia elettrica in bassa tensione "di seconda generazione" (smart metering 2G).
• Hanno partecipato alla consultazione 18 soggetti di diverso tipo: associazioni dei consumatori, imprese distributrici e loro associazioni, gruppi verticalmente integrati, venditori di energia elettrica non appartenenti a gruppi integrati, associazioni tecniche, operatori di telecomunicazioni, costruttori e loro associazioni. I contributi scritti pervenuti sono in corso di pubblicazione sul sito internet dell'Autorità.
• In via preliminare, occorre notare che la consultazione si è focalizzata sulle funzionalità degli smart meter e non ancora sui processi che gli smart meter 2G devono supportare. Tuttavia, i due aspetti sono strettamente connessi. In particolare, un elemento critico emerso dai contributi raccolti è la "freschezza" dei dati validati che l'impresa distributrice potrebbe fornire ai venditori, mediante il sistema di smart metering 2G e al fine di consentire lo sviluppo di determinate azioni commerciali, alcune delle quali non possono essere supportate dagli attuali sistemi di misura di prima generazione (1G).
• Vi è quindi una stretta interrelazione tra le tecnologie di comunicazione utilizzate (e relative architetture del sistema) e le opportunità di innovazione dei processi a livello retail rese possibili dal nuovo tipo di misuratore. La presente scheda di approfondimento esamina gli spunti emersi in merito alle tecnologie di comunicazione, anche utilizzando un esempio di processo applicativo al fine di verificare alcune possibili evoluzioni delle funzionalità.

Spunti emersi dalla consultazione: tecnologie di comunicazione

• Si riscontra un generale consenso sul mantenimento, nei sistemi di smart metering 2G, della comunicazione mediante Power Line Carrier (PLC) tra contatore e concentratore,in banda A (banda riservata dal Cenelec alle imprese distributrici di energia elettrica). La tecnologia PLC è nativa in quanto sfrutta la stessa infrastruttura elettrica di cui il misuratore fa parte; essa inoltre è ritenuta affidabile, alla luce dell'esperienza maturata con gli smart meter 1G, e idonea a raggiungere la quasi totalità dei contatori per i servizi di telelettura e telegestione. Tuttavia, è altresì emerso dalla consultazione che la tecnologia PLC non garantisce un livello di prestazioni tale da rendere disponibili ai soggetti esercenti l'attività di vendita i dati giornalieri di misura entro il mattino del giorno successivo a quello a cui i dati si riferiscono, come invece sarebbe desiderato. Da alcune prime verifiche è emerso che è necessario un tempo di circa 24 ore per rendere disponibili i dati giornalieri di misura validati ai venditori (e, per il loro tramite, ai clienti finali), a partire dalla mezzanotte del giorno a cui tali dati si riferiscono.
• Per contro, il ricorso alla radiofrequenza a 169 MHz (RF169) come back-up è stato criticato da molti soggetti partecipanti alla consultazione. Essa infatti non si presterebbe ad essere utilizzata come canale trasmissivo per il settore dell'energia elettrica, a causa della limitata banda di comunicazione e della maggiore complessità dei messaggi nel settore elettrico rispetto a quello gas. La tecnologia RF169 viene proposta da alcuni soggetti intervenuti nella consultazione come back-up al PLC (banda A) per superare i problemi dovuti ai possibili disturbi alla linea elettrica generati da dispositivi e applicazioni particolari (come gli inverter della generazione distribuita, ma anche altri tipi di dispositivi che possono essere presenti nelle abitazioni). Tale soluzione, se perseguita, andrebbe comunque armonizzata con l'impiego di RF169 per lo smart metering del gas, per il quale sono già stati effettuati significativi investimenti e sono in corso progetti sperimentali per la condivisione dell'infrastruttura con altri esercenti di servizi di pubblica utilità (es. acqua, calore, raccolta rifiuti, etc.), nei quali l'integrazione con il settore elettrico è stata molto limitata. Pertanto, al fine di adottare la tecnologia RF169 come back-up nei casi residuali di mancata raggiungibilità tramite PLC, occorrerebbe comunque addivenire alla definizione di chiare regole di utilizzo dei canali disponibili in RF169, con lo scopo di ridurre le eventuali interferenze di comunicazione in presenza di servizi diversi comunicanti in radiofrequenza, con conseguente degrado delle rispettive performance.
• Alcuni soggetti intervenuti nella consultazione hanno altresì espresso riserve sulla effettiva capacità "future proof" delle soluzioni prospettate nel documento di consultazione per quanto riguarda i canali di comunicazione dei nuovi smart meter 2G. Al riguardo, un operatore di telecomunicazioni (TLC) ha segnalato che a breve saranno disponibili tecnologie wireless su rete pubblica, a basso costo ed elevate prestazioni (cosiddetto "narrow band Internet-of-Things" o NB-IoT nonché "LTE Machine Type communication" o LTE-MTC). Inoltre sono state messe a punto soluzioni di "embedded SIM" (e-SIM) che consentirebbero il cambio di operatore da remoto (utilizzando apposite piattaforme) senza richiedere la sostituzione fisica della SIM. In questo scenario non sarebbe più necessaria sostituire la SIM al cambio dell'operatore TLC, uno degli ostacoli allo sviluppo di soluzioni efficienti grazie alla piena concorrenza tra gli operatori nel settore delle comunicazioni wireless (il cosiddetto "rischio di lock-in"), come auspicato dall'Autorità nella Memoria 457/2014/I/com in risposta all'indagine conoscitiva condotta dall'Autorità garante per le comunicazione (AGCOM) sui servizi di comunicazione Machine-to-Machine (M2M).
• Inoltre, è stato segnalata l'opportunità di adottare una soluzione di comunicazione "multimodale" che meglio si attagli alle diverse situazioni locali, anche utilizzando reti fisse a banda larga e, ove disponibile, la fibra ottica. In particolare, imprese che operano in città già cablate sostengono che sia imprescindibile pensare, ove ciò sia possibile, a un collegamento del contatore con i servizi TLC a banda larga/ultralarga perché questo permetterebbe in un prossimo futuro di abilitare alcuni servizi aggiuntivi con funzionamento in tempo reale (es. servizi di flessibilità basati su demand response) e di validazione dei dati anche su base continua. Altri soggetti intervenuti nella consultazione hanno, d'altro canto, messo in evidenza il rischio connesso a una infrastruttura di metering coerente con il disegno attuale, ma che non sia in grado di sfruttare sinergie con gli sviluppi tecnologici che è ragionevole attendersi nei prossimi 15-20 anni.
• La disponibilità di un canale di comunicazione dedicato tra contatore e cliente per la messa a disposizione dei dati istantanei, ancorché non validati, è vista con favore da tutti i rispondenti. La soluzione con canale separato basato su tecnologia PLC in banda C e protocollo apertoè sostanzialmentecondivisa, perché intrinsecamente comporta maggiore livello di security, fatte salve la necessità sia di affrontare i problemi derivanti dalle possibili interferenze di natura elettromagnetica con gli apparati del cliente interni all'abitazione (il controllo di tali interferenze esula dalle responsabilità del Distributore) sia di definire modelli dati e protocolli condivisi.
• Per ovviare alla non raggiungibilità dell'apparato cliente a causa di probabili disturbi sul canale PLC in banda C, numerosi soggetti hanno condiviso la proposta dell'Autorità di disporre di una porta fisica sul contatore per permettere la multicanalità anche rispetto alla comunicazione con il dispositivo di utente. Questa proposta è stata oggetto di osservazioni critiche da parte di alcuni Distributori, in ragione dei problemi di vulnerabilità che determinerebbe al contatore e dell'incremento del consumo energetico a carico del Distributore. Tuttavia dalla consultazione è anche emersa la possibilità di utilizzare la porta ottica, già presente sul contatore, come porta fisica a cui si possono interfacciare dispositivi del cliente in condizioni di sicurezza fisica ed elettrica e senza consumo energetico aggiuntivo.

Spunti emersi dalla consultazione: un esempio applicativo

• I misuratori 2G, disponendo di funzionalità aggiuntive rispetto a quelli attuali, potrebbero permettere di disegnare e implementare processi nuovi, attualmente non disponibili. Esempi di questi processi nuovi possono essere la messa a disposizione dei dati di misura validati su base giornaliera, con miglioramenti per esempio per il bilanciamento e per il settlement, o la possibilità di introdurre contratti di tipo "prepagato".
• In particolare, le funzionalità del misuratore 2G in grado di supportare i contratti pre-pagati illustrate nel documento per la consultazione hanno incontrato l'interesse dei venditori e delle associazioni dei consumatori. Tuttavia, la soluzione con l'elaborazione del credito residuo in euro (tramite una funzione personalizzabile dal venditore) svolta a bordo del contatore non viene condivisa da gran parte dei rispondenti. È invece emersa una preferenza per una soluzione in cui il calcolo del credito residuo viene effettuato dal venditore di energia elettrica sui propri sistemi, sulla base dei dati di consumo che riceve periodicamente dal distributore; il valore del credito residuo così calcolato verrebbe presentato al cliente tramite terminali diversi dal contatore (es. smartphone o collegamento internet, anche tramite social network).
• Al fine di evitare successive contestazioni, è necessario che il calcolo del credito residuo si basi sulle misure validate dal distributore e rese disponibili al venditore con un ritardo temporale contenuto rispetto al giorno a cui fanno riferimento. Qualora non fosse possibile assicurare, con adeguata affidabilità, il trasferimento di un tempestivo "allarme" al cliente a causa di vincoli relativi alla comunicazione PLC, le problematiche relative alle tecnologie di comunicazione discusse nei punti precedenti di questa scheda sarebbero rilevanti per assicurare la "freschezza" del calcolo del credito residuo, che è fortemente dipendente dalla modalità di comunicazione tra il contatore e il sistema centrale del Distributore.

Approfondimenti ulteriori

Le risposte alla consultazione hanno messo in evidenza l'opportunità di valutare le seguenti evoluzioni architetturali dei sistemi di smart metering 2G, ispirati a criteri di future-proof design:

• Uno dei requisiti più critici per lo smart metering 2G riguarda il tempo per la messa a disposizione del venditore dei dati acquisiti dal misuratore e opportunamente validati. Come si è visto nell'esempio applicativo dei contratti di tipo "prepagato", è importante che il credito residuo sia calcolato su dati validati "freschi", vale a dire riferiti a consumi recenti (cioè con uno sfasamento temporale di non più di qualche ora rispetto al momento in cui viene fatto il calcolo). Solo in questo caso il venditore potrebbe fornire al cliente informazioni aggiornate sul credito residuo e inviare segnalazioni tempestive nel caso in cui il credito sia prossimo all'esaurimento, con benefici per entrambi.
• La tecnologia di comunicazione PLC banda A tra contatore e concentratore viene considerata una soluzione ormai sperimentata, da impiegarsi anche nell'architettura dello smart metering 2G. Essa però potrebbe non essere in grado di garantire le necessarie prestazioni per supportare al meglio la tempestività richiesta da alcuni nuovi servizi; il punto era già stato affrontato nel documento di consultazione con riferimenti ai servizi di demand response, ma l'eventuale inibizione del calcolo del credito residuo in euro a bordo del contatore potrebbe implicare anche limitazioni per un corretto funzionamento dei nuovi contratti di tipo "prepagato".
• La tecnologia di comunicazione 169RF proposta come soluzione multicanale per la comunicazione tra contatore e concentratore, potrebbe al più essere utilizzata come back up del canale PLC banda A; in ogni caso la sua inclusione nell'architettura dei sistemi di smart metering 2G impone la necessità di coordinamento tecnico per l'accesso alle reti di comunicazione in RF169 da parte di operatori di servizi di pubblica utilità in settori contigui, quali il metering dell'acqua o altre applicazioni in logica "smart city", che devono essere opportunamente condivise con l'Autorità garante per le comunicazioni per i servizi M2M(si veda al riguardo la deliberazione Agcom 459/15/Cons).
• Le soluzioni nate specificamente per applicazioni Machine to machine (M2M) stanno evolvendo velocemente sotto la spinta dell'industria TLC mondiale verso la realizzazione di servizi e apparati dal costo sempre più contenuto. L'imminente disponibilità di innovative tecnologie di comunicazione wireless su rete pubblica, basate sul protocollo NB-IoT o sul protocollo MTC (famiglia LTE) e oggetto di importanti iniziative in ambito di standardizzazione (si veda ad esempio il progetto 3GPP), risulterebbero potenzialmente idonee anche a raggiungere i contatori installati nei seminterrati degli edifici.
• La soluzione NB-IoT potrebbe inoltre essere a breve impiegata nello smart metering 2G non solo come canale di back-up per i contatori non raggiungibili via PLC banda A per interferenze sulla linea elettrica, ma anche come canale principale per le funzionalità con prestazioni più elevate in termini di disponibilità e latenza, quale ad esempio i contratti di tipo "prepagato". In tal senso, la soluzione NB-IoT risponderebbe maggiormente ai criteri "future-proof design" rispetto alla soluzione di back-up RF169.
• Disponendo il contatore di un canale di comunicazione wireless con protocollo NB-IoT, è opportuno valutare sotto quali condizioni tale canale potrebbe essere utilizzato anche per la comunicazione tra contatore e i dispositivi utente in aggiunta al canale PLC banda C, per la messa a disposizione del cliente dei dati istantanei rilevati dal contatore. In prospettiva, infatti, quando la copertura wireless del territorio sarà completa, la soluzione NB-IoT potrebbe diventare il sistema di comunicazione principale per lo smart metering 2G, garantendo a tutti i soggetti, tra cui i clienti finali, di disporre di dati aggiornati con elevata frequenza.
• Si osserva che la soluzione wireless di tipo NB-IOT costituisce una profonda revisione architetturale del sistema smart metering 2G. Infatti, in tal caso, la comunicazione tra il contatore e il sistema centrale del Distributore non passerebbe più attraverso i concentratori, ma diventerebbe di tipo punto-punto. Sempre in ottica di un progetto ispirato a criteri 'future proof design', si evidenzia che le tecnologie di telecomunicazione più avanzate, comprese quelle basate su fibra ottica, possono abilitare funzionalità che richiedono prestazioni più elevate in termini di banda, disponibilità e latenza, non solo per la rilevazione dei dati di consumo ma anche per quanto riguarda il monitoraggio evoluto della rete elettrica.

La Direzione Mercati e la Direzione Infrastrutture dell'Autorità per l'energia elettrica il gas e il sistema idrico organizzano il prossimo 11 dicembre un incontro di approfondimento, in collaborazione con gli Uffici dell'Autorità per le garanzie nelle comunicazioni. L'incontro sarà una occasione di confronto tecnico con i soggetti che hanno partecipato alla consultazione sul documento 416/2015/R/eel e con esperti sia del settore energia sia del settore telecomunicazioni sulle opportunità di rafforzare il progetto dei nuovi sistemi di smart metering di energia elettrica in una prospettiva "future-proof", sulla base delle considerazioni riportate in questa scheda di approfondimento e di ulteriori osservazioni che i soggetti interessati potranno inviare per iscritto all'Autorità entro il 4 dicembre a infrastrutture@autorita.energia.it e che saranno pubblicate sul sito dell'Autorità senza vincoli di riservatezza.


Autorità di Regolazione per Energia Reti e Ambiente - Divisione Energia
Novembre 2015. Scheda predisposta dagli Uffici ARERA
Si ringrazia RSE - Ricerca Sistema Elettrico per la collaborazione.