Calo di frequenza ogni 60 secondi: autotest sincronizzati delle batterie, non il mercato

I gestori di rete mettono in conto il rumore di frequenza e dispongono di strumenti per gestirlo. Un segnale che si ripete una volta al minuto, senza alcuna deriva temporale, è un problema di altro genere. TenneT Germania ha individuato un segnale di questo tipo nella rete europea nel corso di diversi anni. Secondo il Forschungszentrum Jülich, un gruppo guidato da Dirk Witthaut, con colleghi dell'Università di Colonia e del Karlsruhe Institute of Technology, lo ha ora ricondotto a sistemi a batteria che controllano il proprio stato di carica ogni minuto. Lo studio è stato pubblicato il 30 ottobre 2026 su Nature Energy. Descrive un guasto di natura ingegneristica facile da trascurare: molti dispositivi indipendenti eseguono la stessa routine software e sono ancorati allo stesso orologio.

01Una firma scandita dall'orologio nella frequenza

La frequenza è una lettura diretta del bilancio di potenza. La velocità di variazione della frequenza segue lo squilibrio istantaneo di potenza nella rete. Secondo l'interpretazione dei dati data nell'articolo, un calo di frequenza nella prima metà di ogni minuto indica che in quell'intervallo la domanda supera la generazione.

Lo schema non è specifico dell'Europa. Gli autori hanno esaminato registrazioni di frequenza di 12 sistemi elettrici su cinque continenti. Hanno trovato un picco spettrale stretto a un periodo di esattamente un minuto, con una fase che rimane coerente per lunghi periodi.

Qui conta la dimensione, perché l'effetto è piccolo. L'articolo stima che una variazione periodica di frequenza di 3 mHz corrisponda a una variazione coerente di potenza di circa 80 MW. In Europa continentale la frequenza nominale è 50 Hz, quindi si tratta di uno scostamento minuscolo. L'osservazione di TenneT era che esso è misurabile e insolitamente regolare, anche se gli scostamenti non erano critici per la sicurezza della rete.

Il ragionamento di Witthaut era che l'esattezza del periodo escludesse la maggior parte delle spiegazioni fisiche. «Ci è diventato presto chiaro che la causa doveva essere qualcosa di controllato dall'orologio.» Anche l'ampiezza escludeva un singolo dispositivo: l'effetto richiede molti dispositivi che assorbono potenza nello stesso istante.

02Individuare la sorgente in un campus

La prova decisiva è arrivata dal Living Lab Energy Campus di Jülich. Il gruppo ha installato punti di misura su dispositivi finali in 80 postazioni. Lo stesso schema periodico di consumo è comparso esattamente dove grandi sistemi a batteria garantiscono l'alimentazione ininterrotta.

Alcune sintesi secondarie dell'articolo aggiungono dettagli sulla catena di prove:

• In un impianto il gruppo ha registrato picchi di corrente ricorrenti ai morsetti della batteria. Il costruttore ha confermato che a causarli erano autotest periodici del sistema di gestione dell'energia della batteria.
• L'analisi spettrale ha seguito la variazione di potenza risultante attraverso i trasformatori e una sbarra, fino all'interfaccia con la rete pubblica a 110 kV.

La formulazione dell'articolo è più ampia del titolo «accumulo a batteria». Indica come sorgente dei picchi periodici di domanda di potenza, che si propagano attraverso i livelli di tensione, il software di controllo sincronizzato con l'orologio nei dispositivi energetici a controllo digitale, in particolare i gruppi di continuità (UPS) e i sistemi di accumulo a batteria. Il materiale stampa di Jülich è più generico e parla di grandi sistemi di accumulo a batteria. Il meccanismo è lo stesso in entrambi i casi: un controllo di routine assorbe un breve impulso di potenza ed è programmato allo scoccare del minuto.

03Perché gli autotest si allineano

Nessuno ha coordinato questi dispositivi. La spiegazione di Witthaut è banale. Non esistono standard vincolanti per questi controlli di potenza e, a suo avviso, la maggior parte dei costruttori ha presunto che un intervallo di 60 secondi fosse ragionevole. L'inizio di ogni minuto è stato semplicemente scelto come momento del test. Ogni produttore ha compiuto una scelta localmente sensata. Messe insieme, le scelte producono un segnale su scala di rete.

L'articolo verifica direttamente il ruolo della sincronizzazione temporale. In un UPS, la temporizzazione dell'autotest è stata confrontata con e senza sincronizzazione tramite Network Time Protocol (NTP):

• Con NTP disattivato, le firme degli autotest derivavano lentamente rispetto all'UTC.
• Con NTP attivo, la progressione giornaliera delle firme diventava molto più marcata, a circa 6 s al giorno.

Una sintesi dell'articolo afferma che la fase resta stabile durante il giorno e slitta a mezzanotte. Non ho potuto verificarlo sul testo integrale. Nell'impostazione dell'articolo, è la sincronizzazione esterna dell'orologio a mantenere in passo dispositivi indipendenti. Gli autori descrivono una classe più ampia di effetti di sincronizzazione ciberfisica in dispositivi a controllo digitale che funzionano con orologi sincronizzati esternamente o con routine software periodiche.

In un commento sulla stessa rivista, Florian Dörfler descrive un disturbo che si ripete con precisione ogni minuto nelle reti di tutto il mondo, causato da autotest di UPS sincronizzati con l'orologio che agiscono, senza volerlo, all'unisono.

L'articolo non sostiene che UPS e sistemi a batteria spieghino tutto. Witthaut ha detto che è del tutto possibile che i sistemi di accumulo a batteria siano solo una parte del problema. Ha suggerito che pompe di calore, condizionatori e altri apparecchi a controllo digitale potrebbero mostrare comportamenti simili. Resta un'ipotesi, non un risultato misurato.

04Che cosa significa per la regolazione di frequenza e la programmazione

L'ampiezza dell'effetto dipende sia dalla sorgente sia dalla rete in cui entra. Gli autori osservano che una minore inerzia può aumentare la risposta in frequenza a un dato squilibrio, mentre la dinamica dei regolatori di velocità delle turbine idroelettriche può amplificare un segnale imposto dall'esterno. Lo mostrano due risultati dell'articolo e della sua copertura:

• Irlanda. I data center con grandi sistemi a batteria rappresentano circa un quinto della domanda elettrica del Paese, e l'ampiezza del segnale a un minuto è quadruplicata tra il 2016 e il 2021. La copertura secondaria dell'articolo indica un calo di circa 3 mHz cresciuto fino a 12 mHz.
• Idroelettrico. Un'analisi di machine learning spiegabile ha trovato correlazioni sistematiche tra l'impiego dell'idroelettrico e l'ampiezza del segnale nella rete europea continentale. Il costo meccanico è che brevi picchi di domanda fanno rallentare per un attimo le turbine e poi le fanno riaccelerare, con un'usura aggiuntiva.

I sistemi a forte componente idroelettrica conoscevano già un problema affine. Lavori nordici degli anni 2010 descrivono una «oscillazione a 60 secondi» che provoca usura nelle unità idroelettriche. Un rapporto nordico del 2015 sulla qualità della frequenza affermava che le cause di quell'oscillazione non erano ancora del tutto chiare, notando però che la risposta di contenimento della frequenza la amplifica. Il nuovo articolo non pretende di spiegare ogni oscillazione nordica. Offre però un plausibile fattore esterno per una componente che la sola taratura dei controlli non riusciva a spiegare. Una sintesi dell'articolo riporta ampiezze scandinave superiori a 10 mHz e nessuna ampiezza superiore a 10 mHz nel 2025, dopo la revisione delle regole di regolazione della frequenza nel 2023. Non ho potuto verificarlo sul testo integrale, e l'articolo potrebbe non attribuire il miglioramento al cambio di regole.

Per la progettazione dei controlli, la distinzione è tra disturbi stocastici e deterministici. Le riserve sono dimensionate per squilibri casuali, come errori di previsione o distacchi di centrali. La frequenza riflette anche il comportamento del mercato, compresa la commutazione repentina delle centrali, che il gruppo di Jülich elenca tra le molte influenze sull'andamento. Una componente periodica a un minuto si sovrappone a tutto questo. È prevedibile in fase e periodo. L'articolo afferma che misure a livello di sistema possono ridurre l'impatto sulla frequenza dei disturbi deterministici. Afferma anche che la causa all'origine può essere affrontata direttamente attraverso la progettazione dei controlli.

In pratica ciò significa due leve, e le descrivo con parole mie, senza citare l'articolo. Gli operatori possono tenere conto del segnale noto nel modo in cui rispondono le unità di riserva e i regolatori idroelettrici. I costruttori dei dispositivi possono smettere di creare il segnale.

05La soluzione e ciò che resta da dimostrare

Dal lato dei dispositivi la correzione costa poco. Witthaut: «Basterebbe distribuire i controlli in modo casuale, invece di avviarli sempre nello stesso momento.» Uno sfasamento casuale nello scheduler distribuisce il carico lungo il minuto, così la somma di molti dispositivi tende a una costante. L'hardware delle batterie non deve cambiare. Poiché nessuno standard disciplina i controlli, la strada più probabile è un requisito o una linea guida sulla programmazione dei test, applicata ai nuovi dispositivi e portata su quelli esistenti con un aggiornamento firmware. Né l'articolo né il materiale stampa dicono che un cambiamento del genere sia in corso.

Restano aperti diversi punti:

• Attribuzione. La catena causale è mostrata nel dettaglio per specifici impianti a Jülich. Il suo peso sul segnale mondiale non è stato quantificato. Gli stessi autori lasciano spazio ad altri dispositivi.
• Crescita. L'articolo avverte che la rapida espansione di accumuli a batteria, data center e Internet delle cose potrebbe amplificare ulteriormente tali oscillazioni. Il dato irlandese è finora la principale prova di una crescita dell'ampiezza.
• Gravità. Gli autori riferiscono che i disturbi non hanno raggiunto livelli critici per la sicurezza nelle reti studiate. I costi sono soprattutto l'usura degli impianti idroelettrici e il carico aggiuntivo sulla regolazione di frequenza.

La lezione più ampia riguarda il software. Man mano che le reti si riempiono di elettronica di potenza e controllori in rete, un'impostazione predefinita come «esegui al secondo :00 di ogni minuto» entra a far parte della dinamica della rete. Una scelta di programmazione fatta per comodità nel firmware può riemergere, anni dopo, in una registrazione di frequenza continentale.