Focus Smart Meter - 3/2016

Smart Meter Focus 3/2016

Nuove tecnologie di misura per “demolire� i pregiudizi Furio Cascetta

L’autore Furio Cascetta è direttore del Dipartimento di Ingegneria Industriale e dell’Informazione presso la Seconda Università degli studi di Napoli.

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Nuove tecnologie di misura per “demolire� i pregiudizi Furio Cascetta

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Introduzione In questo articolo si vuole brevemente richiamare l’attenzione degli addetti ai lavori sulle reali opportunità di innovazione tecnologica introdotte dalla nuova generazione di contatori (acqua e gas) basati su un principio di misura statico. Come tutte le novità, anche questa è caratterizzata da reazioni altalenanti, talvolta contrapposte: da un lato c’è chi apprezza, da subito e con entusiasmo, i vantaggi di un sistema di misura digitale (totalmente elettronico), dall’altro c’è 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 mentalità contrapposte, quanto piuttosto di un normale meccanismo dialettico. Lo scopo del presente articolo è quello di esporre, in maniera scientifica e “terza” (indipendente), i vari aspetti della misura digitale di tipo statico, cercando di fornire al lettore un utile contributo alla più approfondita comprensione della fisica dei sensori statici e ai conseguenti vantaggi. Tutto ciò nella convinzione che non esiste il cosiddetto “misuratore ideale” e che ogni tecnologia di misura si perfeziona nel corso del tempo, generazione dopo generazione. È altrettanto chiaro che le tecnologie basate su un principio fisico di misura più brillante e performante rappresentano la naturale evoluzione di quelle tradizionali, secondo un consolidato meccanismo di sviluppo tecnologico e di avvicendamento generazionale.

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Il concetto di smart metering Lo smart metering non è una tecnologia, bensì è una “filosofia”, ovvero una “visione” di un sistema di misura centralizzato e automatizzato (con riferimento ai contatori d’utenza, utility meters), basato sul principio dell’innovazione tecnologica. In altre parole lo smart metering è un sistema integrato attraverso il quale dispositivi intelligenti esprimono la migliore tecnologia di misura (basandosi su principi fisici di misura moderni e innovativi), consentendo 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 d’utenza.

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

Primo, i contatori intelligenti (smart meters) che forniscono una misura affidabile ed “evoluta” (ad es. nel caso del gas, corretta in funzione delle condizioni 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 proveniente dai misuratori, di validarle e di attivare i processi informatizzati di controllo delle utenze remote e di fatturazione (emissione bollette).

Lo smart metering non è un sistema di telelettura, ma è qualcosa di ben diverso, superiore per tecnologia e per modernità. La pietra costituente di un sistema di smart metering è infatti rappresentata dal contatore intelligente, denominato appunto smart meter. Uno smart meter non è un generico contatore (basato su qualunque tecnologia) in grado di trasmettere a distanza (attraverso un’apposita unità) il dato di misura (i consumi dell’utenza). Uno smart meter è un dispositivo intelligente basato sulle migliori tecnologie di misura disponibili, munito di un sistema integrato di comunicazione in gra-

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do di interfacciarsi con la rete di comunicazione (fissa o mobile) e di trasmettere i dati in accordo con gli standard tecnici vigenti. Un aspetto basilare di uno smart meter è proprio rappresentato dall’elevato 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, è un presidio di legalità per la correttezza e l’affidabilità della misura, presupposto fondamentale per la credibilità di tutto il sistema di misurazione centralizzato. Lo smart metering, in definitiva, contribuisce in maniera significativa all’ammodernamento del Paese, facilitando l’introduzione di nuove tecnologie elettroniche di misura e superando la “cristallizzazione” tecnologica che per svariati decenni ha caratterizzato il mercato dei cosiddetti utility meters (costituiti, sin dalle loro origini, da contatori meccanici e dinamici). L’auspicio è che anche in Italia i contatori statici 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 offrire a tutti gli attori della filiera (fino ai consumatori finali) i vantaggi che da queste ne derivano.

Le tecnologie statiche di misura degli smart meters Esistono 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 principio 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, acqua surriscaldata o refrigerata) sono tutte basate sul superamento dei limiti rappresentati dalle precedenti generazioni dei contatori meccanici e dinamici. Si tratta, quindi, di tecniche di misura elettroniche (ovvero intrinsecamente digitali) e statiche. Il principio di misura statico (senza parti in movimento) rappresenta un’importante conquista in termini di modernità 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 l’usura, il conseguente degradamento prestazionale, le irregolarità di misura in particolari condizioni “inerziali”, la scarsa sensibilità ai bassi flussi, la rumorosità 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 maturità, stabilità tecnologica e sostenibilità economica per l’applicazione.

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 dell’elenco 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 (intrinsecamente digitali) sono: • principio di misura evoluto, utilizzante leggi fisiche caratteristiche di maggiore affidabilità e riproducibilità; • elevate prestazioni di misura, in termini di accuratezza (incertezza di misura) e di ripetibilità; • estrema sensibilità 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; • capacità 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; • flessibilità dell’elettronica di misura (configurabile); • capacità di autodiagnostica; • standardizzazione internazionale.

Esempi di alcuni “pregiudizi” A 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 è stata inizialmente in sordina, poi via via gli addetti ai lavori hanno cominciato a conoscere e utilizzare, in maniera crescente, questo tipo di misuratori intelligenti. L’impiego pratico dei contatori statici ha talvolta generato convinti commenti positivi circa il loro elevato livello prestazionale. Altre volte, invece, si sono generati e propagati (in una sorta di “passa-parola”) giudizi negativi e perplessità, talvolta sfociati in atteggiamenti ostativi e preclusivi.

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Come già detto, la dialettica tra i sostenitori dei “pro” e quelli dei “contro” non deve apparire inopportuna ma piuttosto deve essere vissuta come una fase naturale di confronto, purché i rilievi tecnici mossi siano fondati, pertinenti e documentati. Infatti, in tal caso le osservazioni contribuiscono in maniera significativa a migliorare il prodotto, obbligando il Costruttore Metrico a intervenire (sia a livello hardware che software) nel risolvere e migliorare complessivamente il livello tecnologico del contatore intelligente statico. A questa normale (e prevedibile) dialettica contrapposta generata dagli addetti ai lavori (costruttori metrici e utilizzatori finali come i Distributori) si è poi aggiunta una terza componente, quella dei cittadini/consumatori, meno attrezzati culturalmente (come è giusto che sia) ma anche più direttamente interessati dagli eventuali riflessi che li coinvolgono.

Ecco, a titolo di esempio, un breve elenco di argomenti “caldi” che negli ultimi mesi hanno caratterizzato la discussione pubblica.

Innanzitutto, la sensibilità 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 misuratori 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 l’estrema sensibilità di misura anche alla basse portate. Il gas che riattraversa in senso inverso il contatore (già contabilizzato nel verso opposto, quello ortodosso) può essere nuovamente (ed erroneamente) conteggiato dal contatore sul “segnante” quando il ∆p ritorna “naturale” (pressione dell’attacco a monte maggiore di quella dell’attacco a valle). Tale caratteristica (incremento del segnante in presenza di flusso nullo, ma con oscillazioni della pressione di rete, ovvero del ∆p) è stata riscontrata in una prima serie di contatori statici: una volta segnalata è stata brillantemente risolta dai Costruttori Metrici, introducendo opportune modifiche e integrazioni via software. Ciò che resta una caratteristica della rete gas è, invece, il fatto che possibili inversioni del ∆p e quindi del flusso attraverso i contatori gas interessa tutte le tecnologie di misura, nessuna esclusa; è singolare che tale circostanza, ancorché rilevata e studiata da tempo, sia emersa solo recentemente ed erroneamente attribuita ai soli smart meters statici.

Secondo, la difficoltà 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 l’impiego di campioni di riferimento) da far circolare attraverso il contatore in tempi adeguati alle esigenze di misura e taratura. Nei moderni contatori statici il volume di gas si ricava dalla misura del flusso e del tempo: ne scaturisce l’importanza del corretto settaggio dei tempi di campionamento del contatore statico

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(modalità test) e delle relative procedure di taratura, che vanno riviste e adeguate alle nuove tecnologie. Tale processo di adeguamento delle procedure di taratura è un fattore caratteristico che si osserva tutte le volte che vene immessa sul mercato una nuova e performante tecnica di misura (analogamente a quanto avvenne, ad esempio, negli anni Novanta per i misuratori a effetto Coriolis); Terzo, l’eventuale, temuto, inquinamento elettromagnetico: i consumatori hanno espresso attraverso le loro Associazioni di riferimento delle preoccupazioni circa la potenziale nocività degli smart meters che, durante la trasmissione radio a distanza del dato di misura, possono interferire con la salute del consumatore. Anche di questa (infondata) “leggenda” è stata più volte fornita una risposta ufficiale: non c’è nessun pericolo di inquinamento elettromagnetico a carico dei consumatori, dal momento che il contatore intelligente per la maggior parte del tempo misura e contabilizza senza comunicare 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 dimenticare che il telefono cellulare è a stretto contato con il corpo umano, a differenza dei contatori smart.

Conclusioni Il presente articolo vuole solo fornire un piccolo contributo in merito alle caratteristiche tecniche degli smart meters. E’ convinzione dell’Autore che il mercato degli smart meters debba svilupparsi attraverso le normali dinamiche della concorrenza e le riconosciute regole di “par condicio”: si vuole pertanto richiamare l’attenzione 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 considerazioni, basate forse più su logiche commerciali e non sostenute da un’approfondita conoscenza della tecnica di misura in questione.

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