Nuove tecnologie di misura per demolire i pregiudiziFurio Cascetta

Smart MeterFocus 3/2016

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Energia Media - febbraio 2016

i

Furio Cascetta direttore del Dipartimento di Ingegneria Industriale e dellInformazione presso la Seconda

Universit degli studi di Napoli.

Lautore

Energia Media

2Nuove tecnologie di misura per demolire i pregiudiziFurio Cascetta

IntroduzioneIn questo articolo si vuole brevemente richiamare lattenzione degli addetti ai lavori sulle

reali opportunit di innovazione tecnologica introdotte dalla nuova generazione di conta-

tori (acqua e gas) basati su un principio di misura statico. Come tutte le novit, anche que-

sta caratterizzata da reazioni altalenanti, talvolta contrapposte: da un lato c chi apprez-

za, da subito e con entusiasmo, i vantaggi di un sistema di misura digitale (totalmente

elettronico), dallaltro c chi mostra un atteggiamento scettico e di maggiore affezione

ai tradizionali sistemi di misura (meccanici e analogici).

Non si tratta di uno scontro filosofico di mentalit contrapposte, quanto piuttosto di un

normale meccanismo dialettico. Lo scopo del presente articolo quello di esporre, in ma-

niera scientifica e terza (indipendente), i vari aspetti della misura digitale di tipo statico,

cercando di fornire al lettore un utile contributo alla pi approfondita comprensione della

fisica dei sensori statici e ai conseguenti vantaggi. Tutto ci nella convinzione che non esi-

ste il cosiddetto misuratore ideale e che ogni tecnologia di misura si perfeziona nel cor-

so del tempo, generazione dopo generazione.

altrettanto chiaro che le tecnologie basate su un principio fisico di misura pi brillante e

performante rappresentano la naturale evoluzione di quelle tradizionali, secondo un con-

solidato meccanismo di sviluppo tecnologico e di avvicendamento generazionale.

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Il concetto di smart meteringLo smart metering non una tecnologia, bens una filosofia, ovvero una

visione di un sistema di misura centralizzato e automatizzato (con riferi-

mento ai contatori dutenza, utility meters), basato sul principio dellinnova-

zione tecnologica. In altre parole lo smart metering un sistema integrato

attraverso il quale dispositivi intelligenti esprimono la migliore tecnologia di

misura (basandosi su principi fisici di misura moderni e innovativi), consen-

tendo di massimizzare le prestazioni metrologiche, di realizzare efficienza

energetica e di conseguire vantaggi tangibili per i consumatori finali.

Realizzare un sistema di smart metering, quindi, significa realizzare una rete

intelligente attraverso la quale si realizza un sistema di misurazione evoluto

(Advanced Measurement Infrastructure), efficiente e a elevate prestazioni, in

grado di attuare automazioni, telecontrollo e telegestione dei contatori

dutenza.

Un sistema di smart metering si compone fondamentalmente di 3 segmenti.

Primo, i contatori intelligenti (smart meters) che forniscono una misura affida-

bile ed evoluta (ad es. nel caso del gas, corretta in funzione delle condizio-

ni termodinamiche). Secondo, una rete di comunicazione intelligente (Smart

Communication Network) e terzo un sistema centrale intelligente (Sistema

Centrale di Acquisizione Dati), in grado di raccogliere le informazioni prove-

niente dai misuratori, di validarle e di attivare i processi informatizzati di con-

trollo delle utenze remote e di fatturazione (emissione bollette).

Lo smart metering non un sistema di telelettura, ma qualcosa di ben di-

verso, superiore per tecnologia e per modernit. La pietra costituente di un

sistema di smart metering infatti rappresentata dal contatore intelligente,

denominato appunto smart meter. Uno smart meter non un generico con-

tatore (basato su qualunque tecnologia) in grado di trasmettere a distanza

(attraverso unapposita unit) il dato di misura (i consumi dellutenza). Uno

smart meter un dispositivo intelligente basato sulle migliori tecnologie di

misura disponibili, munito di un sistema integrato di comunicazione in gra-

5Energia Media

do di interfacciarsi con la rete di comunicazione (fissa o mobile) e di trasmettere i dati in ac-

cordo con gli standard tecnici vigenti. Un aspetto basilare di uno smart meter proprio rap-

presentato dallelevato contenuto di innovazione tecnologica, il quale - dal contatore vero

e proprio - si propaga con i suoi benefici verso gli operatori delle reti acqua/gas/calore e

verso i consumatori finali (cittadini). Uno smart meter, moderno ed evoluto, un presidio di

legalit per la correttezza e laffidabilit della misura, presupposto fondamentale per la credibi-

lit di tutto il sistema di misurazione centralizzato. Lo smart metering, in definitiva, contribuisce

in maniera significativa allammodernamento del Paese, facilitando lintroduzione di nuove

tecnologie elettroniche di misura e superando la cristallizzazione tecnologica che per sva-

riati decenni ha caratterizzato il mercato dei cosiddetti utility meters (costituiti, sin dalle lo-

ro origini, da contatori meccanici e dinamici). Lauspicio che anche in Italia i contatori stati-

ci intelligenti possano trovare ampia diffusione, come avviene ormai da anni nei mercati

asiatici, nord-americani e anglosassoni. Aprire il mercato alle nuove tecnologie vuol dire offri-

re a tutti gli attori della filiera (fino ai consumatori finali) i vantaggi che da queste ne derivano.

Le tecnologie statiche di misura degli smart metersEsistono smart meters di due tipi: quelli ibridi (basati su un principio di misura tradizionale,

di natura analogica, ovverosia meccanici e dinamici) e quelli elettronici (basati su un princi-

pio di misura innovativo, di natura digitale, statico). Nel presente articolo verranno trattati

unicamente i secondi (smart meters elettronici, statici).

Le moderne tecnologie di misura per le reti distributive di fluidi (acqua potabile, gas, ac-

qua surriscaldata o refrigerata) sono tutte basate sul superamento dei limiti rappresentati

dalle precedenti generazioni dei contatori meccanici e dinamici. Si tratta, quindi, di tecni-

che di misura elettroniche (ovvero intrinsecamente digitali) e statiche. Il principio di misura

statico (senza parti in movimento) rappresenta unimportante conquista in termini di moder-

nit e di evoluzione dei sistemi di misura, riuscendo, infatti, a eliminare alla base una serie

di inconvenienti legati alla natura dinamica e inerziale dei tradizionali misuratori meccanici

(quali lusura, il conseguente degradamento prestazionale, le irregolarit di misura in parti-

colari condizioni inerziali, la scarsa sensibilit ai bassi flussi, la rumorosit in esercizio, ecc.).

Per le reti gas, le moderne tecnologie di misura statiche (digitali) sono: misuratori a ultrasuoni; misuratori termo-massici; misuratori a effetto Coriolis; misuratori fluidodinamici (a generazione di vortici, a precessione di vortici).

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Di tutte le suddette tecnologie di misura le prime due sono quelle che hanno raggiunto,

per le taglie tipiche degli utility meters, la maggiore maturit, stabilit tecnologica e so-

stenibilit economica per lapplicazione.

Analogamente, per le reti idriche le moderne tecnologie di misura statiche (digitali) sono: misuratori magnetici; misuratori a ultrasuoni; misuratori a effetto Coriolis; misuratori fluidodinamici (a effetto Coanda).

Anche in questo caso, le prime due tecnologie di misura dellelenco sovrastante sono

quelle che hanno raggiunto la maggiore affermazione sul mercato dei contatori idrici (per

motivazioni del tutto analoghe ai contatori gas precedentemente illustrati).

In estrema sintesi, i vantaggi dei contatori acqua/gas/calore di tipo statico (intrinsecamen-

te digitali) sono: principio di misura evoluto, utilizzante leggi fisiche caratteristiche di maggiore affidabilit

e riproducibilit; elevate prestazioni di misura, in termini di accuratezza (incertezza di misura) e di ripetibilit; estrema sensibilit alle basse portate; ampio campo di misura; assenza di usura e di scadimento prestazionale nel tempo (o invecchiamento); mantenimento delle prestazioni metrologiche nel tempo, praticamente inalterate; capacit di misura dei volumi di fluido ma anche della portata istantanea (flusso di materia); elettronica di misura evoluta, in grado di registrare parametri di taratura iniziale; flessibilit dellelettronica di misura (configurabile); capacit di autodiagnostica; standardizzazione internazionale.

Esempi di alcuni pregiudiziA partire dal 2008 si sono affacciati sul mercato italiano gli smart meters statici, per gas

naturale e per acqua potabile. Come capita normalmente, la loro comparsa stata inizial-

mente in sordina, poi via via gli addetti ai lavori hanno cominciato a conoscere e utilizza-

re, in maniera crescente, questo tipo di misuratori intelligenti. Limpiego pratico dei con-

tatori statici ha talvolta generato convinti commenti positivi circa il loro elevato livello pre-

stazionale. Altre volte, invece, si sono generati e propagati (in una sorta di passa-paro-

la) giudizi negativi e perplessit, talvolta sfociati in atteggiamenti ostativi e preclusivi.

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Focus n. 3/ 2016 - Smart Meter

Come gi detto, la dialettica tra i sostenitori dei pro e quelli dei contro non deve ap-

parire inopportuna ma piuttosto deve essere vissuta come una fase naturale di confronto,

purch i rilievi tecnici mossi siano fondati, pertinenti e documentati. Infatti, in tal caso le os-

servazioni contribuiscono in maniera significativa a migliorare il prodotto, obbligando il Co-

struttore Metrico a intervenire (sia a livello hardware che software) nel risolvere e migliorare

complessivamente il livello tecnologico del contatore intelligente statico. A questa norma-

le (e prevedibile) dialettica contrapposta generata dagli addetti ai lavori (costruttori metrici

e utilizzatori finali come i Distributori) si poi aggiunta una terza componente, quella dei

cittadini/consumatori, meno attrezzati culturalmente (come giusto che sia) ma anche pi

direttamente interessati dagli eventuali riflessi che li coinvolgono.

Ecco, a titolo di esempio, un breve elenco di argomenti caldi che negli ultimi mesi han-

no caratterizzato la discussione pubblica.

Innanzitutto, la sensibilit dei contatori gas statici alle oscillazioni di pressione (flussi inversi

attraverso il contatore): i nuovi contatori gas statici sono dei sensori di flusso, e non dei mi-

suratori diretti di volume; eventuali flussi inversi attraverso la camera di misura (dovuti a

possibili inversioni del p a cavallo del contatore) possono essere rilevati dal sensore, data

lestrema sensibilit di misura anche alla basse portate. Il gas che riattraversa in senso inver-

so il contatore (gi contabilizzato nel verso opposto, quello ortodosso) pu essere nuova-

mente (ed erroneamente) conteggiato dal contatore sul segnante quando il p ritorna

naturale (pressione dellattacco a monte maggiore di quella dellattacco a valle). Tale ca-

ratteristica (incremento del segnante in presenza di flusso nullo, ma con oscillazioni della

pressione di rete, ovvero del p) stata riscontrata in una prima serie di contatori statici:

una volta segnalata stata brillantemente risolta dai Costruttori Metrici, introducendo op-

portune modifiche e integrazioni via software. Ci che resta una caratteristica della rete

gas , invece, il fatto che possibili inversioni del p e quindi del flusso attraverso i contato-

ri gas interessa tutte le tecnologie di misura, nessuna esclusa; singolare che tale circo-

stanza, ancorch rilevata e studiata da tempo, sia emersa solo recentemente ed erronea-

mente attribuita ai soli smart meters statici.

Secondo, la difficolt di taratura: effettivamente la natura elettronica dei sensori di flusso

pone il problema di rivedere completamente le procedure di taratura, storicamente basate

sulla produzione di volumi noti (attraverso limpiego di campioni di riferimento) da far circo-

lare attraverso il contatore in tempi adeguati alle esigenze di misura e taratura. Nei moder-

ni contatori statici il volume di gas si ricava dalla misura del flusso e del tempo: ne scaturi-

sce limportanza del corretto settaggio dei tempi di campionamento del contatore statico

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(modalit test) e delle relative procedure di taratura, che vanno riviste e adeguate alle

nuove tecnologie. Tale processo di adeguamento delle procedure di taratura un fat-

tore caratteristico che si osserva tutte le volte che vene immessa sul mercato una nuo-

va e performante tecnica di misura (analogamente a quanto avvenne, ad esempio, ne-

gli anni Novanta per i misuratori a effetto Coriolis);

Terzo, leventuale, temuto, inquinamento elettromagnetico: i consumatori hanno

espresso attraverso le loro Associazioni di riferimento delle preoccupazioni circa la po-

tenziale nocivit degli smart meters che, durante la trasmissione radio a distanza del

dato di misura, possono interferire con la salute del consumatore. Anche di questa (in-

fondata) leggenda stata pi volte fornita una risposta ufficiale: non c nessun peri-

colo di inquinamento elettromagnetico a carico dei consumatori, dal momento che il

contatore intelligente per la maggior parte del tempo misura e contabilizza senza co-

municare e trasmettere onde radio; le emissioni radio sono presenti solo nelle limitate

(3 secondi al giorno) e previste fasi (finestre di comunicazione), dove in ogni caso le

potenze impegnate sono ben inferiori (circa 1/10) delle potenze di trasmissione

dei telefoni cellulari o smartphone (tipicamente 0.7 W). Infine non bisogna dimenti-

care che il telefono cellulare a stretto contato con il corpo umano, a differenza

dei contatori smart.

ConclusioniIl presente articolo vuole solo fornire un piccolo contributo in merito alle caratteristi-

che tecniche degli smart meters. E convinzione dellAutore che il mercato degli smart

meters debba svilupparsi attraverso le normali dinamiche della concorrenza e le rico-

nosciute regole di par condicio: si vuole pertanto richiamare lattenzione del lettore

a distinguere tra le fondate osservazioni tecniche (che sono utili a far progredire quel

naturale processo di miglioramento continuo dei prodotti) e le meno fondate conside-

razioni, basate forse pi su logiche commerciali e non sostenute da unapprofondita

conoscenza della tecnica di misura in questione.

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