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Transizione energetica e transizione digitale sono le due principali challenge che i gestori di infrastrutture energetiche sono tenuti ad affrontare nel contesto di oggi. Indirizzarle in modo sinergico è una delle sfide maggiori di questo secolo e rappresenta una enorme opportunità.
Se ci pensiamo alla guida della nostra automobile, probabilmente ci immaginiamo già accedere a ad un’app di navigazione per recepire le indicazioni stradali necessarie.
Alla stessa maniera, può esistere una soluzione digitale per navigare tra i dati di un’infrastruttura energetica? Una piattaforma che permette di poter visualizzare le informazioni relative ad un impianto, al ranking di rischio di un determinato tratto di rete o ai flussi energetici che scorrono al suo interno, e permettere così di sfruttarle a proprio vantaggio replicandole virtualmente?
Non si tratta di un elemento così futuristico: la mappa digitale delle infrastrutture è rappresentata infatti dal Digital Twin, ossia dalla replica digitale di un asset con associati dati e documenti. Non soltanto questo: costituisce un’evoluzione degli strumenti di ingegneria e cartografici GIS (Geographic Information System) e, nelle sue massime espressioni, è in grado di integrarsi con diverse tecnologie come l’Internet of Things, l’Artificial Intelligence, la Machine Learning e la Data Analytics.
Il contesto energetico attuale
Il settore dell’energia sta vivendo una fase di profonda e rapida trasformazione trainata da diversi fattori. In primo luogo, il progressivo subentro delle fonti di energia rinnovabile e la necessità di garantire al contempo l’affidabilità e la competitività del sistema energetico richiedono un’evoluzione dell’attuale assetto logistico dell’energia e del relativo grado di flessibilità.
In secondo luogo, nell’ottica di ridurre l’impatto ambientale, le principali sfide riguardano l’ottimizzazione dei processi di Operation e l’efficientamento energetico. Ciò implica la revisione e l’aggiornamento delle pratiche industriali per ridurre gli sprechi, migliorare la gestione delle risorse e minimizzare gli impatti ambientali associati alle attività operative.
Inoltre, il settore è chiamato a supportare la decarbonizzazione dei consumi attraverso misure di efficienza energetica e la tecnologia CCS (Carbon Capture and Storage).
In un contesto in rapido divenire, poi, il tema dell’obsolescenza dell’infrastruttura richiede sempre maggiore attenzione, non solo a causa dell’usura degli asset, ma anche su impulso dell’innovazione tecnologica e delle esigenze in evoluzione del sistema energetico. Sarà quindi necessaria una pianificazione a lungo termine e flessibile per adattarsi ai futuri cambiamenti.
Il ruolo del Digital Twin degli asset
E qui entra in gioco il concetto di Digital Twin, teorizzato nel 1991 dal professor David Gelernter nel libro “Mirror Worlds” e quindi applicato per la prima volta nel 2002 dal professor Michael Grieves nel contesto manifatturiero del Product Lifecycle Management (PLM). Continuando con la storia, il termine di “Gemello Digitale” venne poi coniato nel 2010 da John Vickers della NASA, intendendone la rappresentazione virtuale di un’entità fisica, descritta nelle sue componenti geometriche e informative.
I Digital Twin oggi trovano applicazione in vari contesti e su diverse scale, partendo dai gemelli digitali di singoli componenti, passando ad unità funzionali coerenti e arrivando poi a processi produttivi complessi.
Dall’unione di tante parti nascono i Digital Twin degli asset, applicabili anche nel contesto delle infrastrutture energetiche: digitalizzando una parte o intere porzioni di asset puntuali e lineari, infatti, è possibile navigare la rete e gli impianti e consultare il pacchetto informativo ad essi associato, composto da dati di diversa natura.
Il Digital Twin si configura dunque come un alleato per la gestione efficiente delle infrastrutture e della loro crescente complessità, nonché per l’evoluzione del settore in termini di trasformazione digitale. Il percorso di costruzione di Digital Twin, però, richiede una strategia di implementazione chiara e a lungo temine, e non può essere gestito come una tendenza passeggera.
La Metodologia BIM come fattore abilitante
La realizzazione del Digital Twin può avvenire secondo diversi approcci (e.g. PLM, rendering CAD). Tra questi, si sta affermando sempre di più quello basato sulla metodologia BIM (acronimo di Building Information Modeling), in quanto favorisce un approccio flessibile e data-driven nel sostenere le sfide che i player del settore energetico sono chiamati ad affrontare.
Il BIM è una metodologia di sviluppo progettuale che vede il suo punto focale nel cambio di paradigma relativo al differente approccio nella rappresentazione delle informazioni legate all’asset, basata sull’utilizzo di oggetti digitali parametrici consapevoli della propria funzione nel sistema di riferimento.
L’approccio BIM, inoltre, prevede la possibilità di condividere, consultare e gestire i dati all’interno di un unico ambiente, supportando gli stakeholders all’interno di tutte le fasi dell’asset life cycle.
Il Digital Twin di un nuovo asset può essere ottenuto direttamente tramite l’utilizzo della metodologia BIM a partire dalle fasi progettuali dell’opera. Tuttavia, per sfruttare appieno i benefici derivanti dall’implementazione di un Gemello Digitale anche sul patrimonio pregresso, è necessario digitalizzare anche gli asset esistenti (nella loro totalità, o selezionando la quota parte di essi per i quali il Digital Twin apporterebbe i maggiori vantaggi).
L’adozione della metodologia BIM nel contesto della progettazione e gestione delle opere infrastrutturali lineari abilita inoltre l’integrazione tra i modelli digitali BIM e la cartografia GIS (Geographic Information System), favorendo una fruizione più innovativa degli asset.
Tale integrazione permette di scambiare i dati da un sistema all’altro senza perdita d’informazioni, interrogando i dati all’interno di un database integrato.
È doveroso sottolineare che, parallelamente alle normative internazionali volontarie, i legislatori a livello europeo (direttiva 2014/24/UE) e nazionale (come il D.M. 312/2021 e il nuovo codice degli appalti d.lgs. 36/2023) hanno introdotto la progressiva obbligatorietà dell’utilizzo del BIM per la realizzazione di nuove opere pubbliche, nonché per le stazioni appaltanti che operano nei settori speciali (e.g. gas ed energia termica, elettricità, acqua, servizi di trasporto).
Le sfide da affrontare
I benefici del Digital Twin e della metodologia BIM sono significativi. Tuttavia, per abilitarli è importante tenere in considerazione che è necessario affrontare delle sfide la cui gestione richiede di mettere in atto delle trasformazioni in azienda.
Parliamo di cambiamenti tecnologici, come l’integrazione delle tecnologie abilitanti il Digital Twin con quelle già esistenti all’interno dei diversi contesti aziendali, ma anche di cambiamenti organizzativi, di upskilling delle risorse e di cambiamenti processuali, che puntino ad evolvere progressivamente i processi aziendali su cui si mira ad intervenire sia in termini di digitalizzazione che di ottimizzazione degli stessi.
Ma a cambiare devono essere anche i Data Model. Quando si parla di Digital Twin si tende infatti a far riferimento principalmente all’applicazione di algoritmi e modelli (simulazione, analisi, ottimizzazione) di asset fisici all’interno di un contesto digitale. Ciò che tende ad essere trascurata però è la capacità di modellazione delle informazioni degli asset, come fondamento del Digital Twin.
Mentre alcuni modelli di analisi possono essere ridotti all’essenziale per un determinato asset, la capacità reale arriva quando il modello dell’asset include anche le sue relazioni con l’ambente circostante: la sua relazione con altre risorse, il suo ruolo nelle prestazioni del sistema o nella gestione del processo, le modalità operative previste e anomale, la sua storia operativa.
Ed è proprio su questo aspetto che la modellazione BIM interviene trattando oggetti 3D parametrici, “consapevoli” della propria funzione all’interno del sistema e contenenti le informazioni tecniche e gestionali necessarie al loro utilizzo per tutto il ciclo vita dell’asset.
La sfida da cogliere per ottimizzare l’integrazione in chiave BIM
Per una gestione digitale ed unificata dell’intera infrastruttura, in aggiunta alla realizzazione in chiave BIM delle nuove opere, occorre infine intraprendere una campagna di digitalizzazione del patrimonio esistente al fine di massimizzare i benefici derivanti dalla gestione di un Digital Twin.
Questo processo può richiedere una onerosa attività di raccolta dati e informazioni utili alla ricostruzione del patrimonio informativo target, dati a volte disponibili su fonti cartacee piuttosto che digitali. Attività che richiede non solo tempi lunghi di evasione ma anche ingenti risorse economiche, proporzionali alla numerosità e complessità degli asset da digitalizzare, ed è per questo che risulta di fondamentale importanza valutare il giusto trade-off tra costi e benefici tangibili ottenibili dalla costruzione di un modello digitale evoluto dell’intera infrastruttura.
In tal senso, un supporto economico per le organizzazioni rispetto a tale attività potrebbe provenire dagli investimenti pubblici previsti dal PNRR.
