Per motivi pratici ed economici funzionano quasi sempre al limite, e a volte basta poco per metterle in crisi e causare grandi blackout
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Dopo una giornata di blackout, il più esteso in Europa degli ultimi decenni, la situazione in Spagna e in Portogallo sta tornando alla normalità, anche se le cause dell’interruzione non sono ancora chiare. Le difficoltà nel ricostruire come sono andate le cose derivano dalla grande complessità delle reti elettriche, dal modo in cui sono collegate tra loro e dalla tendenza a usarle al massimo della loro capacità. In queste condizioni, la somma di piccoli malfunzionamenti può tradursi in un blocco pressoché totale dell’erogazione di energia elettrica, con blackout diffusi.
La teoria più condivisa – basata su analisi, simulazioni e dati storici – è che le reti elettriche siano “sistemi critici auto-organizzati”, una definizione che deriva dalla fisica e che viene impiegata per valutare le dinamiche di grandi sistemi con molte parti che interagiscono tra loro. Nel tempo le reti elettriche sono diventate sempre più complesse e interconnesse, arrivando a funzionare quasi sempre vicine al loro punto critico, cioè il momento che determina un passaggio di fase dal pieno funzionamento all’interruzione dei servizi e quindi ai blackout.
In fisica una transizione di fase è il cambiamento netto nel comportamento di un sistema quando si supera una certa soglia. L’esempio classico è quello dell’acqua liquida che viene fatta riscaldare, fino a quando (in condizioni standard) inizia a bollire e a trasformarsi in vapore acqueo. Fino a quel punto i cambiamenti sono lenti, con l’acqua che diventa via via più calda, ma quando si arriva al punto critico tutto cambia all’improvviso con l’ebollizione e la produzione di vapore.
Con le reti elettriche succede qualcosa di simile. Quando la rete è lontana dal punto critico un piccolo guasto – che può essere causato da un albero che cade su un elettrodotto o da un trasformatore che va in avaria – non determina un blocco generalizzato e il sistema si mantiene ugualmente stabile. Questa è la condizione normale, in cui i gestori delle reti elettriche hanno la possibilità di intervenire localmente su un guasto, senza che questo determini disservizi a livello nazionale o in più paesi come nel caso di Spagna e Portogallo di lunedì.
Se però la rete sta lavorando al massimo della propria capacità, ed è quindi vicina al punto critico, possono essere sufficienti piccoli disservizi o un unico grande guasto per determinare il passaggio di fase e il blocco della rete. Per evitare che il sovraccarico danneggi cavi, trasformatori o le stesse centrali dove viene prodotta l’energia elettrica scattano i sistemi di sicurezza che escludono parti della rete. Su una scala molto più grande, è un po’ ciò che avviene in casa quando si accendono troppi elettrodomestici insieme, superando il limite della potenza per la propria abitazione.
Ciò che determina il blackout sono le caratteristiche non lineari di un sistema complesso: piccoli cambiamenti possono avere effetti enormi, perché come suggerisce il nome non c’è proporzionalità tra causa ed effetto. Per ridurre il rischio di un blackout si devono quindi prendere precauzioni per ridurre i guasti, ma le attività di mitigazione non sono completamente risolutive proprio per come sono progettate e gestite le reti.
Una centrale a carbone vicino a Duisburg, in Germania (Sean Gallup/Getty Images)
La domanda di energia elettrica non è costante durante una giornata, ci sono momenti di picco dove la richiesta è molto alta e altri dove la domanda è più bassa. La capacità massima delle reti elettriche è quasi sempre tarata per soddisfare i picchi quel tanto che basta, senza spingersi molto oltre, perché non sarebbe economicamente sostenibile mantenere reti con una capacità superiore a quando viene solitamente richiesto. Per motivi economici e pratici le reti arrivano quindi “naturalmente” a funzionare sempre vicino al loro limite massimo, ed è questo che le rende vulnerabili nel caso in cui qualcosa smetta di funzionare.
Anche quando le infrastrutture vengono potenziate, perché la domanda in media aumenta nel medio-lungo periodo, si lavora quasi sempre per adeguare la capacità ai nuovi picchi previsti senza spingersi molto oltre. In un certo senso le reti si auto-organizzano vicino al loro limite massimo e mantengono questa impostazione anche man mano che vengono potenziate, per rispondere alle nuove esigenze.
Una parte importante del lavoro di organizzazione delle reti riguarda quindi l’attività per mantenere i sistemi non troppo lontani dal punto critico, ma senza avvicinarsi troppo per ridurre il rischio di frequenti blackout, che potrebbero diventare incontenibili mettendo a rischio l’intera fornitura dei servizi.