La spinta verso l'elettrificazione di qualsiasi cosa sta aumentando, per effetto di una combinazione di normative, di richieste dei consumatori e di un'etica generale sulle pratiche sostenibili.
Dalle automobili al riscaldamento domestico, ai processi industriali, l'elettrificazione è il megatrend che sta conquistando il pianeta. Ognuna di queste applicazioni finali richiede infrastrutture alimentate da un unico settore: l'elettricità. L'elettrificazione richiede di ripensare il modo in cui riforniamo le nostre auto, riscaldiamo e raffreddiamo le nostre case e alimentiamo le nostre industrie. Con la transizione del mondo verso la sostenibilità, i progressi tecnologici nell'elettrificazione consentono alle fonti rinnovabili (come il solare, l'eolico e l'idroelettrico) di diventare alternative valide e a basso costo alle tradizionali fonti di energia fossile (come il petrolio, il gas e il carbone). Inoltre, con l'evoluzione della rete elettrica, la distribuzione e la gestione dell'elettricità stanno cambiando. Si stanno formando aree localizzate (chiamate microgrid) con capacità di stoccaggio dell'energia strettamente correlata, il che aggrava ulteriormente la sfida di fornire elettricità in modo affidabile a tutti gli utenti, in presenza di un'enorme crescita dei veicoli elettrici (EV). Dal punto di vista tecnologico, la natura distribuita di beni come le automobili, le case e i siti produttivi sta dando vita all'Intelligent Edge, dove il rilevamento analogico incontra la digitalizzazione. In poche parole, abbiamo bisogno di intelligenza ovunque: in ogni componente del veicolo, in ogni sensore, in ogni attuatore, in ogni sistema di stoccaggio e in ogni punto di misura.
I dati sono la linfa vitale di questo nuovo mondo tecnologico. Per creare e catturare valore, gli sviluppatori di tecnologia come ADI devono interagire in modi nuovi in tutto l'ecosistema. Il nostro obiettivo è imparare e co-creare, mentre sviluppiamo con i nostri partner sottosistemi completi all'Intelligent Edge. Con la nostra crescita, stiamo apportando nuove competenze, in aree che vanno oltre gli approcci tipici, come l'intelligenza artificiale, la scienza dell'informazione, la virtualizzazione, la chimica delle batterie e altro ancora. Inoltre, stiamo portando avanti la nostra strategia IP per includere sistemi e standardizzazione che guidino l’industria. Grazie a una visione olistica dell'intelligenza all'edge e a una progettazione che tiene conto del costo complessivo di gestione, stiamo consentendo all'Intelligent Edge di diventare l'area chiave per la creazione di valore e la crescita nel prossimo futuro.
Il ruolo della politica nell'elettrificazione
Un'importante spinta all'elettrificazione è rappresentata dall'evoluzione del contesto normativo. L'Inflation Reduction Act (IRA), l'Infrastructure Investment and Jobs Act (IIJA), il CHIPS Act, la Next Generation EU (NGEU): oggi sembra che il panorama delle politiche climatiche sia un po' come un minestrone alfabetico, e la spinta all'azione nazionale e internazionale non è mai stata così forte. L'innovazione legislativa mira ad accelerare l'industria dell'energia pulita e a incoraggiare gli investimenti del settore privato per favorire la decarbonizzazione globale.
Negli Stati Uniti, l'IRA mette a disposizione 370 miliardi di dollari per affrontare la crisi climatica, ampliando i crediti d'imposta per l'energia pulita e i veicoli elettrici, incrementando l'efficienza energetica e molto altro. [1] L'attività dell’IRA e gli investimenti forniti attraverso l'IIJA bipartisan, rappresentano politiche nazionali fondamentali, volte ad aiutare gli Stati Uniti a liberare lo sviluppo dell'energia pulita e a ridurre le emissioni di gas serra (GHG). Allo stesso tempo, per le nuove infrastrutture esistono ostacoli normativi e di licenze d’uso a livello statale, e questo rappresenta una sfida importante per una rapida crescita della rete.
La legislazione con l’ambizione di accelerare l'economia dell'energia pulita non esiste soltanto negli Stati Uniti. In Europa, per raggiungere gli obiettivi fissati dal Green Deal europeo, la Commissione UE si è impegnata a mobilitare almeno 1.000 miliardi di Euro in investimenti sostenibili nel prossimo decennio. [2] Di fatto, il 30% del bilancio pluriennale dell'UE (dal 2021 al 2028) e lo strumento NGEU dell'UE sono stati destinati agli investimenti verdi.
Il sostegno industriale, insieme alla spesa federale, è fondamentale per realizzare davvero questi obiettivi ambiziosi. Dal 2015, gli investimenti annuali globali in energie rinnovabili, efficienza energetica e altre tecnologie legate alla transizione sono aumentati costantemente [3] e riflettono la crescente consapevolezza della crisi climatica.
Implicazioni della EV Revolution
La rivoluzione dei veicoli elettrici è un fattore chiave per la crescita del mercato dell'elettrificazione, con un'impennata di popolarità delle autovetture elettriche. Prevediamo che il numero di auto elettriche in circolazione supererà i 125 milioni entro il 2030, in linea con il New Policies Scenario dell'IEA.[4]
L'aumento dei veicoli elettrici ha un impatto notevole sui requisiti di gestione della rete elettrica. Una considerazione primaria è il carico elettrico. Il carico massimo di questo volume previsto di auto elettriche è di circa 10 TWh. Sebbene sia piccolo rispetto alla crescita prevista della produzione globale di energia elettrica, questo carico è particolarmente dinamico in quanto i veicoli elettrici si muovono nel tempo e nello spazio all'interno dell'infrastruttura della rete energetica. La rete deve avere la capacità di gestire il carico dei veicoli elettrici e la capacità di essere gestita in tempo reale. Questo è necessario per fornire energia senza soluzione di continuità e senza interruzioni al più ampio insieme di dispositivi collegati alla rete elettrica.
Dall'altro versante del cavo di carica, per garantire una fornitura di energia e la gestione della rete affidabili, è necessario che la sottostazione secondaria disponga di un’intelligenza sofisticata. Con il decentramento della rete elettrica e con l'aggiunta di nuove fonti energetiche e nuovi carichi, ADI prevede che le apparecchiature di misurazione di precisione, di controllo e di elaborazione del segnale in tempo reale diventeranno il nuovo standard. La misurazione accurata dell'energia elettrica è sempre più importante per non compromettere l'integrità della rete. Una soluzione di gestione della rete che viene adottata sempre più frequentemente è quella del dispositivo di misurazione intelligente. Infatti, nell'anno fiscale 2022, ADI ha fornito più di 28 milioni di circuiti integrati per contatori intelligenti. Le innovazioni in grado di fornire informazioni avanzate e capacità di controllo predittivo a una nuova generazione di contatori intelligenti migliorerebbero l'utilizzo dell'energia, la qualità, la salute e la vita della rete sempre più decentralizzata.
Analog Devices adotta un approccio olistico nei confronti dell'ecosistema dell'energia pulita, sfruttando la propria leadership nei settori delle batterie, dell'alimentazione e della gestione dell'energia per accelerare la trasformazione e la convergenza di due importanti settori: l'elettrificazione del settore automotive e la rete di distribuzione energetica.
Il portfolio di elettrificazione di ADI, ADI Recharge, comprende sistemi di gestione delle batterie (BMS), inverter, sistemi di accumulo di energia (ESS) e contatori. Queste sono tra le soluzioni di semiconduttori che hanno il potenziale per consentire massicce riduzioni di gas serra. Se applicazioni finali sostenibili come queste fossero adottate e completamente scalate, l'entità dell'impatto potenziale sulle emissioni di anidride carbonica (che noi, in collaborazione con i nostri clienti, saremmo in grado di attivare) ammonterebbe a circa 16 Gt.[5] Queste cifre ci spingono a collaborare con i nostri clienti per accelerare l'adozione della tecnologia esistente e a creare insieme a loro innovazioni che potrebbero cambiare gli ecosistemi del mercato finale.
L'ecosistema elettrificato è ampio, complesso e interconnesso, caratterizzato da fonti distribuite di energia rinnovabile e flussi di energia bidirezionali. ADI supporta questo ecosistema con soluzioni di elettrificazione per la gestione, la conversione e lo stoccaggio dell'energia. Le nostre soluzioni wireless consentono di ottenere analisi dei dati in tempo reale, per potenziare le reti energetiche intelligenti, autonome e virtualmente aumentate.
Il ritmo della collaborazione di ADI con i clienti a livello di sistema è più intenso che mai. Un esempio è rappresentato dalla piattaforma BMS di ADI, attualmente adottata da 16 dei 20 principali OEM di veicoli elettrici a livello mondiale. Sulla base di questa piattaforma, oggi ADI collabora con molti OEM, Tier 1, produttori di batterie, società di servizi energetici e altre parti interessate, per sviluppare dai dati delle batterie EV un ecosistema di informazioni che non è mai stato possibile ottenere in precedenza.
Grazie ai progressi tecnologici, le fonti di energia rinnovabile, come eoliche e solari, oggi costano meno di quelle tradizionali e rappresenteranno una quota sempre crescente della produzione elettrica. A lungo termine, prevediamo una forte crescita delle energie rinnovabili, dei sistemi a batterie per l’accumulo di energia, delle infrastrutture di carica dei veicoli elettrici, degli elettrolizzatori e delle pompe di calore. La natura ad ampio spettro di questi beni significa che il settore automotive non sarà l’unico a trarre vantaggio dall'elettrificazione, ma che anche i mercati dell'energia e dell'industria lo faranno.
Inoltre, il ruolo della sicurezza funzionale non è mai stato così importante. Funzioni che un tempo erano considerate standard adesso sono critiche per la sicurezza. Si pensi, ad esempio, al cruscotto della propria auto. In passato venivano visualizzate solo indicazioni sulla velocità, sul carburante o sul motore. Oggi i cruscotti danno molte più informazioni, comprese quelle delle telecamere che circondano il veicolo e contribuiscono alla sicurezza. Le implicazioni sono notevoli: non solo la telecamera posteriore deve essere di per sé funzionalmente sicura, ma lo stesso vale anche per il display che fornisce le informazioni al conducente. Consideriamo l'alimentazione come il punto focale della sicurezza del sistema e abbiamo notevolmente investito per diventare il principale fornitore di PMIC funzionalmente sicuri dell’industria. Solo nell'anno fiscale 2022, ADI ha fornito oltre 1 miliardo di unità di circuiti integrati per il power management sicuro.
L'Edge Intelligente dell’elettrificazione
Sulla base dei suoi 58 anni di storia, Analog Devices dispone di capacità ineguagliate nelle misurazioni di precisione. E guardando al futuro, si sta spingendo oltre. Infatti, stiamo aggregando il portfolio ADI Recharge in tre aree di piattaforma, che chiamiamo “Intelligent Edge for electrification”. Ogni area della piattaforma corrisponde al modo in cui possiamo interagire con l'energia nell'ecosistema: gestione dell’energia, conversione di potenza ed energy storage.
I dati iniziano con una misura di precisione. Infatti, senza tale misurazione i dati non esistono. È il processo di misurazione stesso che crea i dati. Quest'area analogica, che chiamiamo "Edge of the Edge", è il punto di partenza e di arrivo dei tipici sistemi analogico-centrici. Risalendo il grafico, il livello successivo è quello in cui ci si concentra sull'Intelligent Edge. A questo livello, le funzioni vengono eseguite più vicino alla parte analogica, spostando il valore fuori dal controllore centralizzato. Tali funzioni includono l'elaborazione dei dati, il monitoraggio delle celle, i loop di sicurezza in real-time e le informazioni sullo stato della batteria. L'interazione con il sistema Intelligent Edge avviene attraverso l'API BMS di ADI verso il controllore centrale, che supporta BMS cablati o wireless.
La trasformazione del valore è significativa. Ad esempio, le informazioni sulla batteria possono consentire in tempo reale l'ottimizzazione del sistema di carica e garantire, sempre in real-time, la sicurezza delle celle della batteria prima, durante e dopo la guida. L'accesso ai dati memorizzati nel cloud può essere fornito da chiavi che possono essere messe in vendita in versioni personalizzate per ogni cliente, per ogni tipo di dati o per ciascun accesso, acquistabile mediante abbonamento. Man mano che acceleriamo il nostro sviluppo, l'approccio con cui andiamo sul mercato e interagiamo con i clienti attraverso nuovi modelli di business che catturano il valore per ADI è fondamentale per realizzare le nostre aspirazioni per l'Intelligent Edge.
Avanti tutta!
Guardando al futuro, ci rendiamo conto che la tendenza globale alla decarbonizzazione non soltanto è positiva per il pianeta, ma anche per il business. Le soluzioni sostenibili di ADI sono un'opportunità e un fattore di guadagno sia per noi che per i nostri clienti. Una tecnologia affidabile e a basso consumo su entrambi gli estremi della rete elettrica, supportata dai semiconduttori, è la strada da percorrere per sviluppare l'Intelligent Edge.
Non c'è tempo da perdere e con i segni del cambiamento climatico che ci circondano, una combinazione di tecnologia innovativa e legislazione ci aiuta ad elettrificare e a garantire un futuro più luminoso e più sano per tutti noi. Noi di ADI non vediamo l'ora di impegnarci con l'intero ecosistema dell'elettrificazione, per contribuire a realizzare il suo potenziale di decarbonizzazione.
Note
[1] Inflation Reduction Act Guidebook | Clean Energy | The White House
[2] Finance and the Green Deal (europa.eu)
[3] Net Zero by 2050—Analysis—IEA
[4] Prospettive globali sui veicoli elettrici 2023: Catching up with climate ambitions (windows.net)
[5] Analisi ADI basata su calcoli interni che ipotizzano la piena adozione e scalabilità di applicazioni finali sostenibili. Sono necessari ulteriori studi per tenere conto dell'intero ciclo di vita dei prodotti finali.
