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Chain2 e comunità energetiche

Introduzione

La Chain2 è un protocollo di comunicazione a onde convogliate utilizzato dai meter elettrici di seconda generazione Open Meter (2G) per mettere a disposizione dei dati.

E’ una delle funzionalità più innovative dei nuovi contatori elettrici che permettono all’utente di avere in tempo reale (o quasi) i dati dei propri consumi elettrici.

Per poter raccogliere i dati comunicati da un open meter attraverso Chain2 è necessario utilizzare un dispositivo utente che fa da gateway tra il contatore e un server di raccolta dati. Alcuni fornitori di dispositivi utente forniscono poi al cliente finale un’applicazione per la consultazione dei dati raccolti sul server.

Le normative tecniche per i servizi di Chain 2 Full 2.0 sono redatte da CEI (Comitato Elettrotecnico italiano) e l’ultima versione è in vigore da aprile 2020:

  • CEI TS 13-82, “Sistemi di misura dell’energia elettrica – Comunicazione con i dispositivi utente – Parte 1: Casi d’uso”
  • CEI TS 13-83, “Sistemi di misura dell’energia elettrica – Comunicazione con i dispositivi utente – Parte 2: Modello dati e livello applicativo”
  • CEI TS 13-84, “Sistemi di misura dell’energia elettrica – Comunicazione con i dispositivi utente – Parte 3-1: Profilo protocollare PLC nella banda 125 kHz – 140 kHz (banda C)”

Canale fisico

I protocolli PLC (PowerLine communication) o ad onde convogliate utilizzano come sistemi di trasmissione delle linee cablate preesistenti. Spesso la linea utilizzata nasce per il trasporto della energia elettrica e successivamente con l’implementazione di una trasmissione PLC diventa di fatto anche un canale dati. Questo è proprio il caso della chain2, infatti la comunicazione avviene sulla rete elettrica in bassa tensione collegata al contatore stesso.

Vediamo un esempio molto banale di come funziona questa tecnologia.

Schema elettrico comunicazione powerline

A sinistra nell'immagine la forma d'onda sinusoidale 50Hz della rete elettrica. In basso un modem powerline che vuole trasmettere dei dati utilizzando una forma sinusoidale a 2kHz. Accoppiando sulla rete il segnale powerline ad alta frequenza si genera il segnale convoluto che vediamo al centro. Mettendo sulla rete un altro modem powerline si può filtrare la componente a 50Hz e ricavare di nuovo il segnale dati ad alta frequenza per decodificare la trasmissione.

I protocolli di comunicazione PLC possono essere di due tipi:

  • Broadband (a banda larga) - utilizzano frequenza  tra 1,6 MHz e 30 MHz e possono raggiungere velocità di trasmissione dei dati fino a 5 Mbit/s. Sono molto utilizzati per traffico dati internet o applicazioni multimediali.
  • Narrowband (a banda stretta) – utilizzano il range di frequenza da 9 kHz a 148,5 kHz, si basano sullo standard CENELEC EN 50065 e consentono velocità di trasmissione dati fino a 150 kbit/s.

La EN 50065 definisce 4 range di frequenza:

Tabella con range di frequenza powerline

La Chain2 viene trasmessa nella banda C (125kHz – 140kHz).

Protocollo di comunicazione

Lato applicativo la Chain2 adotta il protocollo DLMS definito dalla norma IEC 62056-5-3 con Data Model COSEM definito nelle norme IEC 62056-6-1 e IEC 62056-6-2. Si tratta di uno standard molto utilizzato negli smart meter (non solo elettrici ma anche acqua e gas).

Lo standard identifica degli oggetti costituiti da attributi e metodi che possono mappare un cosa del mondo reale.

La CEI TS 13-83 parte II definisce delle tipologie di utenti:

  • Clienti consumer monofase: utenti che hanno un contratto di fornitura dell’energia elettrica monofase
  • Clienti prosumer monofase: utenti che oltre ad avere un contratto di fornitura dell’energia elettrica monofase sono in possesso di un impianto di generazione incentivato e di un contratto per l’immissione in rete dell’energia prodotta dall’impianto
  • Clienti consumer trifase: utenti che hanno un contratto di fornitura dell’energia elettrica trifase
  • Clienti prosumer monofase: utenti che oltre ad avere un contratto di fornitura dell’energia elettrica trifase sono in possesso di un impianto di generazione incentivato e di un contratto per l’immissione in rete dell’energia prodotta dall’impianto

Al fine di ottimizzare l’utilizzo delle risorse per la comunicazione tra meter e dispositivo utente vengono definiti anche dei livelli di servizio:

  • Servizio minimo: il dispositivo utente riceve le informazioni minime per l’attivazione di una serie di casi d’uso ritenuti essenziali
  • Servizio base: il dispositivo utente riceve un sottoinsieme di informazioni che abilitano alcuni servizi aggiuntivi rispetto ai casi d’uso essenziali
  • Servizio avanzato: il dispositivo utente riceve tutte le informazioni messe a disposizione dal meter per abilitare casi d’uso di complessità elevata.

Dalla combinazione tra la tipologia di utente e il livello di servizio si origina il concetto di "profilo dell'utente", di seguito la lista di profili definiti dalla norma:

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La trasmissione delle informazioni avviene attraverso delle CF (Compact Frame), ci sono due tipologie di CF quelle periodiche e quelle a eventi. Le CF periodiche vengono inviate periodicamente a seconda del dato che trasmettono mentre le CF ad eventi vengono trasmesse solo al verificarsi di determinati eventi.

Ogni dispositivo Chain2 avrà bisogno di un sottinsieme di CF in base al profilo utente (es. un utente consumer non avrà bisogno del dato relativo a Energia prodotta perchè non ne produce).

Di seguito la lista di alcune CF tra le più significative, la lista completa è pubblicata nella norma CEI TS 13-83 parte II.

Lista trame del protocollo Chain2

Come abilitare la Chain2

Dopo aver visto brevemente il canale di trasmissione e il data model vorrei mostrarvi in questa sezione cosa è necessario fare per poter mettere in commercio un dispositivo Chain2.

I contatori di nuova generazione devono essere abilitati da remoto per poter comunicare chain2, inoltre la comunicazione è cifrata e il contatore deve avere la chiave di inizializzazione del dispositivo utente per poter comunicare con esso.

Questo significa che è necessario dare al contatore alcune informazioni per permettere la comunicazione, questa procedura può essere fatta solo dai DSO (Distribution System Operators).

I DSO sono i distributori di energia elettrica, in Italia sono 128 ma i primi 4 coprono circa il 95% delle utenze: e-distribuzione, Unareti, Areti, Ireti. Se vuoi conoscere il DSO del tuo comune puoi fare una ricerca sul sito dell’ARERA (link).

Per poter richiedere ai DSO di abilitare la Chain2 su un determinato contatore bisogna diventare asset provider e per farlo bisogna utilizzare un dispositivo utente che ha superato i test di integrazione presso laboratori terzi accreditati, in conformità alla normativa tecnica CEI di riferimento. Ogni DSO sul proprio sito indica la lista degli asset provider abilitati.

Vantaggi del protocollo Chain2

Vorrei parlarti adesso dei vantaggi di questo protocollo e dei motivi per il quale secondo me prenderà piede. Sono due i vantaggi significativi dal mio punto di vista:

  • Utilizzando la tecnologia ad onde convogliate non c’è bisogno di cablare un bus dati
  • I dati arrivano direttamente dal contatore fiscale

Su quest’ultimo punto mi voglio soffermare un po' perché secondo me è l’unica ragione per cui ci sarà una rapida espansione di dispositivi utente che ricevono dati via Chain2.

Negli ultimi anni in Italia si parla molto di CER (Comunità Energetiche Rinnovabili), si tratta di associazioni tra produttori e consumatori di energia, finalizzate a soddisfare il proprio fabbisogno energetico attraverso la produzione locale mediante l'utilizzo di fonti rinnovabili. Per farla breve se io produco energia e il mio vicino di casa la consuma possiamo costituire una CER e riceviamo degli incentivi.

Sono anni che se ne parla ma lo scorso 24 Gennaio è entrato in vigore il decreto ministeriale e il 4 Marzo il GSE ha pubblicato le nuove regole operative.

Diverse aziende stanno lavorando a soluzioni hardware/software per dare la possibilità ai membri della CER di monitorare l’andamento di produzione e consumo di energia elettrica ed eventualmente modificare le proprie abitudini di consumo per massimizzare gli incentivi.

A questo scopo utilizzare un dispositivo che comunica Chain2 e utilizzare i dati del contatore significa poter stimare gli importi esatti delle bollette e degli incentivi statali che i membri della CER riceveranno.

Inoltre un dispositivo chain2 dovrebbe avere costi di acquisto e installazione molto più bassi rispetto a quelli di un meter elettrico da aggiungere al contatore fiscale.

Dove approfondire

  1. Normativa di riferimento - www.mycatalogo.ceinorme.it/... - Qui puoi acquistare le tre parti della norma CEI TS 13-82 dove potrai approfondire tutti gli aspetti normativi del protocollo Chain2 Full. Ricorda che se sei uno studente la tua università dovrebbe darti la possibilità di consultare le norme di parecchi standard internazionali. Prova a chiedere alla biblioteca del tuo ateneo.
  2. Protocollo DLMS/COSEM - www.mycatalogo.ceinorme.it/... - Qui puoi trovare materiale gratuito che l'ente mette a disposizione. Gran parte degli argomenti che tratto in questo articolo sono spiegate nel dettaglio nel "Syllabus Foundation Level v4.0"
  3. Gestore Servizi Energetici - www.gse.it/servizi-per-te/... - Qui puoi trovare tutti i documenti ufficiali del GSE per la formazione e messa in servizio di una CER. Essendo uscito da poco il decreto in questo periodo viene costantemente aggiornato con le nuove regole e procedure operative.

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