Furio Cascetta
Università della Campania L. Vanvitelli – Anie. Smart Metering Group & Gas Static Smart Meter
Trattare il tema dei contatori di nuova generazione necessita inevitabilmente di un approfondimento su come e perché si è arrivati a questo importante traguardo tecnologico. Per cogliere il punto a cui siamo oggi giunti serve partire dalla nascita del contatore elettrico, perché lo smart meteringnasce proprio dal mondo elettrico, molto prima della direttiva Mid (la direttiva 2004/22/CE del 31 marzo 2004 sugli strumenti di misura, meglio nota come direttiva Measuring Instruments Directive, è stata recepita in Italia con il decreto legislativo 22 del 2 febbraio 2007 “Attuazione della direttiva 2004/22/CE relativa agli strumenti di misura”, pubblicata sulla gazzetta ufficiale 64 del 117 marzo 2007, supplemento ordinario 73)e delle delibere dell’Autorità (la prima risale al dicembre 2006).
Il contatore elettrico nasce come progetto industriale: il primo progetto di contatore elettrico in Italia è di Enel e risale ai primi anni Duemila. Ed è in quella fase, quindi, che venne introdotto il contatore elettrico statico di prima generazione. Trascorsi 15 anni, Enel ha presentato al mercato il contatore 2G, il 2G Open Meter, un contatore di seconda generazione. Un contatore smart, elettronico, basato sull’innovazione, perché smart metering è sinonimo di innovazione tecnologica.
Tre sono i motivi per i quali i contatori di seconda generazione si sono affermati. Il primo ha a che fare con lo sviluppo della tecnologia e, di conseguenza, con il miglioramento del modulo di misurazione. Il secondo è dipeso dal fatto che sono migliorate le linee di comunicazione e le infrastrutture, per cui sono aumentate le opportunità di comunicazione del contatore elettrico rispetto all’esterno, al post contatore e al cliente. Il terzo motivo, infine, riguarda l’obsolescenza dei contatori che, dopo 15 anni di attività, è opportuno sostituire piuttosto che sottoporre a revisione.
Quando poi si parla di contatori di seconda generazione occorre dunque tener sempre in considerazione l’esperienza di Enel, che ha fatto scuola in Italia e nel mondo. Un caso, quello del nostro campione nazionale, basato su una scelta tecnologica di tipo statico, che è diventata uno standard per l’intero Paese e che ha trasformato il cliente in un produttore metrico. Si tratta ora di capire come e perché quanto realizzato da Enel stessa abbia determinato in Italia delle ricadute in altri settori, in particolare in quello del gas.
Va detto che i contatori tradizionali, oggi denominati ibridi, possiedono comunque delle funzioni smart, come la termocompensazione, il modulo di comunicazione, i registri, ma fanno riferimento a una tecnologia a base volumetrica, di tipo cioè tradizionale. Per questo motivo vengono definiti ibridi, in quanto associano tecnologie vecchie e nuove. Il contatore fully smart è invece un contatore che possiede una tecnologia statica. Si tratta di misuratori di flusso e non volumetrici, che per loro natura sono performanti, perché non soggetti alle leggi dell’usura, al deterioramento temporale e prestazionale e sono quindi intrinsecamente elettronici sia nella loro parte di misura sia in quella di comunicazione.
Volendo trattare il tema delle tecnologie di misurazione a ultrasuoni (UltraSonic Meters) e termo-massici (Thermal Mass Meters), due tecnologie che hanno origini temporali differenti, occorre anche in questo caso procedere a un richiamo storico. Le tecnologie di misurazione a ultrasuoni compaiono sul mercato per la prima volta nel 2005 grazie al lavoro di ricerca dei giapponesi, che dimostrarono che la tecnologia a ultrasuoni, giunta a maturazione e apprezzata per i numerosi utilizzi industriali, avrebbe potuto trovare applicazione nel campo residenziale. A partire dagli anni Settanta, le applicazioni delle misurazioni a ultrasuoni nel mondo industriale erano note e apprezzate, anche nel campo fiscale, di cassa o di transfer metering; non trovavano invece applicazione nel campo degli small size, cioè nel settore residenziale. I giapponesi invece hanno dimostrato che era possibile realizzare, a prezzi competitivi, un contatore per misurazioni del gas di tipo statico a ultrasuoni, una tecnologia promettente da tutti i punti di vista, anche per quanto riguarda la comunicazione, anticipando così una serie di fatti che accaddero in Europa solo tempo dopo. Infatti, mentre in Europa la direttiva Mid faceva i suoi primi passi e in Italia il recepimento della stessa avveniva solo nel 2007, l’industria del settore giapponese procedeva speditamente in una precisa direzione.
Va ricordato anche il differente contesto produttivo di allora. Mentre l’Italia viveva una situazione di monopolio con la sola presenza di Enel, in Giappone le tre grandi società del gas dell’epoca sottoscrissero un agreement con i costruttori metrici nipponici, creando così un indotto industriale formato da produttori di tecnologie elettroniche e da distributori del gas. Un contesto produttivo che ha permesso all’industria del settore giapponese di immettere sul mercato milioni di contatori a ultrasuoni. Oggi, al contrario, i giapponesi non producono più contatori volumetrici. Esistono ancora contatori termo-massici, ma non nel settore residenziale, che invece fanno capolino in Italia solo più tardi con il recepimento della direttiva Mid. La rivoluzione, perché di questo si è trattato, non si sarebbe mai potuta verificare se non si fossero verificati alcuni fatti. Il primo di questi si chiama liberalizzazione delle tecnologie di misura: un risultato reso possibile grazie appunto alla direttiva Mid. Prima di allora era impossibile determinare dei cambiamenti significativi: prima di allora i produttori di contatori dovevano attenersi a norme di prodotto, che definivano le tecnologie da utilizzare sia per il gas sia per il calore.
In Italia è la delibera 155 del 2008 dell’Autorità che introduce delle performance minime dei contatori smart: così facendo l’Authority inserisce il termine di smart metering nel gas, già impiegato nel settore elettrico una decina di anni prima. Per quanto riguarda le funzioni minime si coglie infatti l’opportunità di introdurre un nuovo contatore che non abbia solo la parte di comunicazione, di elaborazione, di termocompensazione, ma anche la parte di misura. Nasce così l’opportunità di realizzare dei contatori brand new, completamenti nuovi, che si rifaranno ai misuratori a ultrasuoni e quelli termo-massici. Questi ultimi fanno la loro comparsa sul mercato nazionale nel 2008-2009 e, negli anni successivi, subiscono successive release nella logica del miglioramento continuo del prodotto. Si tratta ora di comprendere come queste due tecnologie, in modi e origini differenti, si siano nel tempo evolute. Un’esigenza, quella legata all’evoluzione, connessa allo sviluppo tecnologico, e alla possibilità (e necessità) di consumare sempre meno energia.
I precursori dell’innovazione in questo campo sono stati, come detto, i giapponesi, che per la prima volta hanno installato a bordo del contatore un misuratore compatto, di piccolo ingombro, dotato di valvola, sensori e addirittura dei misuratori di sismicità. Inizia così la produzione di contatori con un modulo e a costi competitivi. Il prodotto così concepito entrò così in produzione e iniziarono le installazioni. Cinque anni dopo le case costruttrici, non solo quelle giapponesi, scoprirono che si poteva realizzare un modulo a ultrasuoni differente, performante, con una configurazione dell’onda ultrasonora migliorata. I produttori si accorsero anche che era possibile riprogettare la scheda madre, il controller e che si poteva realizzare la misura di portata o di volume con la metà dell’energia necessaria. La sfida vera odierna per chi opera nell’elettronica è proprio questa, quella della minimizzazione dell’uso dell’energia. I contatori di seconda generazione nascono quindi a cavallo del 2010 (in Giappone oggigiorno si opera già su quelli di terza generazione), con sensori di ridotte dimensioni, molto più integrato, più stabile, ma soprattutto con una batteria in grado di consumare il 50 per cento in meno di quella tradizionale. I giapponesi poi lavorarono per migliorare le prestazioni di alcuni componenti, come il tubo di misurazione, che oggi può assumere qualsiasi inclinazione. L’innovazione, è noto, non si ferma e ogni sei mesi ci si trova di fronte a nuovi prodotti, nuove soluzioni, nuove migliorie tecnologiche.
La produzione di contatori a ultrasuoni iniziò anche al di fuori del territorio giapponese e vennero presentate al mercato internazionale soluzioni con tecnologia world wide. Ciò è avvenuto solo a partire dal 2013, mentre in Giappone il processo fu avviato tre anni prima, nel 2010. Oggi nel mondo sono stati installati più di sei milioni di pezzi, più della metà ovviamente in Giappone, paese che ha deciso la totale sostituzione del parco contatori volumetrici entro il 2020. Quando si afferma che la tecnologia statica è migliorativa in quanto non è sottoposta a usura, si tratta di un’affermazione verificata con dati di laboratorio. Ai fini di questa dimostrazione, vale la pena ricordare la differenza esistente tra il nostro Paese e il Giappone per quanto concerne i tempi di sostituzione dei contatori: 15 anni da noi, 10 in Giappone. Analizzando i risultati di test stress accelerati nonché delle prove in campo effettuati su contatori installati in Giappone dopo 10 anni di esercizio, si nota che nonostante le prove siano avvenute ad alta temperatura (90 gradi per un certo numero di ore) non si sono registrati significativi peggioramenti di funzionamento del contatore nel suo complesso. Ciò che invece colpiva dagli esiti dei test era la costanza dell’errore, che si manteneva tale nel tempo. E questo è avvenuto, stando alle prove di laboratorio, in condizioni estreme di esercizio. Grazie alle verifiche e ai test svolti in Giappone, fu dimostrato che la tecnologia statica sottoposta a stress ha performance metrologiche stabili nel tempo, Ma la ricerca effettuata dai giapponesi non si è fermata ai contatori G4 e G6, ma si è estesa ai contatori G16, G25, G40, G60 e G100. In Giappone, proprio in questo periodo, si stanno dunque installando i contatori G16, che applicano il concetto di modularità.
Per quanto riguarda i contatori termo-massici, va detto che il processo termo-massico è di recente datazione, nel senso che in Giappone il processo a ultrasuoni nel comparto gas sfrutta un percorso consolidato: le normative mondiali infatti già prevedevano l’ultrasuono per la misurazione. Il contatore termo-massico invece è un oggetto poco conosciuto, ed esiste una normativa solo per il settore industriale, ma non per quello residenziale. Si tratta di una tecnologia composta essenzialmente da un minuscolo by-pass capillare, che funziona in base al bilancio termico attorno al micro chip, il quale registra una differenza di temperatura a cavallo di un riscaldatore.
Con la liberalizzazione avvenuta grazie all’introduzione dello smart metering dovuta anche all’entrata in vigore della direttiva Mid, è oggi possibile per chiunque produrre un contatore gas di tipo residenziale, con qualsivoglia tecnologia. Tornando al termo-massico di tipo residenziale, va ricordato che in Europa mancava una norma En per questo tipo di contatore: è merito di Cig prima e di Uni poi l’aver prodotto una norma, di origine italiana, diventata norma internazionale. Volendo analizzare altri aspetti dei sensori di flusso, si può dire che essi hanno tempi di campionamento molto fitti e che sono in grado di visualizzare le oscillazioni di pressione che caratterizzano le reti gas. Oscillazioni non registrabili prima, se non con strumenti accurati per ciò che concerne la pressione, ma non il flusso. I sensori di flusso consentono invece di cogliere il comportamento delle molecole di gas all’interno delle condotte e del contatore e possono procedere avanti e indietro in virtù di fattori casuali o di disturbo nella rete. Nonostante i flussi siano nulli, esistono delle oscillazione di molecole di gas, un fenomeno conosciuto, ma mai prima d’ora misurato. Allorquando il sensore di flusso registra le oscillazioni è possibile eliminare dal segnante tali oscillazioni e ciò avviene attraverso un processo tecnico.
