Come i Gemelli Digitali guideranno il futuro dell’energia rinnovabile

Da diversi secoli utilizziamo le risorse di petrolio e gas per generare elettricità, alimentare veicoli e aerei, e fungere da base per una vasta gamma di prodotti, tra cui gomma, plastica, fertilizzanti e prodotti farmaceutici.

Queste risorse naturali non rinnovabili sono prodotte da carbonio e idrogeno e forniscono fino all’84% della produzione energetica mondiale.Tuttavia, l’uso estensivo di queste risorse limitate e convenzionali ha portato a inquinamento e danni ambientali.

Rilasciando gas serra tossici e inquinanti nocivi, l’estrazione e la combustione dei combustibili fossili hanno contribuito al cambiamento climatico e al riscaldamento globale, influenzando la salute umana e gli ecosistemi.

Una soluzione chiave a questo impatto significativamente negativo sul pianeta causato dalle risorse di petrolio e gas è passare dai combustibili fossili alle fonti di energia rinnovabile.

L’energia rinnovabile viene estratta da fonti ambientali come il clima e la posizione geografica. È energia verde a zero emissioni.

L’energia solare, eolica, idroelettrica, geotermica e da biomassa sono gli esempi più importanti di fonti di energia rinnovabile, che sono sostenibili.

Negli ultimi dieci anni, il mondo si è rivolto a queste fonti di energia rrenewable come mezzo per una transizione verso l’energia verde, con un costante aumento del loro utilizzo in varie applicazioni.

Secondo l’Agenzia Internazionale dell’Energia (IEA), il consumo di energia rinnovabile nei settori dell’energia, del calore e dei trasporti è previsto di aumentare di circa il 60% tra il 2024 e il 2030, il che aumenterà la quota delle rinnovabili nel consumo finale di energia da il 13% nel 2023 a quasi il 20% entro il 2030.

Sebbene sia benefico per l’ambiente, l’integrazione di queste risorse naturali nella generazione di energia, nello stoccaggio energetico e nei trasporti comporta le proprie proprie sfide a causa della loro natura intermittente e della forte dipendenza da fattori esterni come stagione e posizione. Questa dipendenza richiede un sistema di accumulo energetico.

C’è anche un alto costo infrastrutturale iniziale associato alle fonti di energia rinnovabile, mentre il loro tasso di generazione di energia è lento.

Di conseguenza, le fonti convenzionali sono ancora utilizzate per la maggior parte della generazione di energia. Questo rende cruciale avere una nuova strategia e tecnologia per affrontare meglio queste sfide. Ciò significa comprendere, studiare e analizzare il comportamento dei parametri di ogni sistema durante le fasi di progettazione, produzione e servizi del ciclo di vita utile di ciascun sistema di energia rinnovabile. Questo è dove entra in gioco la tecnologia dei gemelli digitali (DT).

La tecnologia utilizza modelli adattivi per simulare le prestazioni in tempo reale dei sistemi fisici in un ambiente digitale, contribuendo così a prevedere e prevenire potenziali guasti del sistema. 

Da fisico a digitale: l’emergere delle repliche virtuali

Un gemello digitale è semplicemente la rappresentazione o replica virtuale di un oggetto, persona, sistema o processo fisico del mondo reale. Per rispecchiare la sua controparte fisica, la replica digitale utilizza dati in tempo reale acquisiti con l’aiuto di sensori, simulazioni e apprendimento automatico. 

Questo consente il monitoraggio, l’analisi e la previsione del comportamento dell’asset fisico in vari scenari, permettendoci di prendere decisioni migliori.

La capacità di questi gemelli digitali di replicare e interagire con sistemi complessi li ha resi estremamente preziosi in diversi settori, dove stanno guidando miglioramenti in efficienza, riduzione dei costi e lo sviluppo di soluzioni innovative.

Secondo le stime di McKinsey, il mercato globale della tecnologia dei gemelli digitali raggiungerà $73,5 miliardi entro il 2027, con una crescita del 60% annuo nei prossimi cinque anni.

Il termine ‘digital twin’ è stato adottato da John Vickers della NASA nel 2010, ma l’idea di base è nata molto prima. L’agenzia spaziale sviluppò effettivamente la tecnologia per le missioni di esplorazione spaziale negli anni ’60.

Fu nel 2002, tuttavia, che il dott. Michael Grieves annunciò formalmente il concetto e lo applicò alla produzione. Il concetto fu suddiviso in tre parti fondamentali: lo spazio fisico reale, lo spazio virtuale di quella parte fisica e il collegamento che le unisce.

Molti anni dopo, nel 2011, la U.S. Air Force sviluppò un gemello digitale per progettare aerei e prevedere l’affaticamento e la manutenzione. Da allora, la tecnologia si è diffusa in altri settori, tra cui l’aerospazio, i trasporti, la navigazione, la produzione, la sanità e le applicazioni nel settore petrolifero e del gas.

Nel settore dell’energia rinnovabile, la funzione principale di un gemello digitale è raccogliere dati dai sensori in loco per riprodurre le operazioni del sistema fisico in un ambiente virtuale.

Un gemello digitale può essere creato per ogni tipo di sistema di energia rinnovabile durante le sue fasi del ciclo di vita per svolgere un compito specifico. Questo comporta la necessità di enormi quantità di dati, inclusa la geometria di ogni componente, dati meteorologici, problemi precedenti, previsioni storiche, dati sperimentali e pratici, e dati in tempo reale, rendendo l’applicazione dei gemelli digitali nel settore complessa e impegnativa.

Il fatto è che l’applicazione dei gemelli digitali nei sistemi di energia rinnovabile non è stata realmente esplorata così approfonditamente. 

Quindi, il nuovo studio approfondisce il concetto in questo settore specifico. I ricercatori dell’Università di Sharjah hanno condotto un’esplorazione approfondita dei gemelli digitali alimentati dall’IA come strumento per accelerare la transizione verso l’energia pulita.

Nel loro articolo, i ricercatori effettuano una revisione approfondita dell’architettura, delle funzioni, del ciclo di vita e delle applicazioni della tecnologia dei gemelli digitali nei sistemi di energia rinnovabile.

Per questo, hanno utilizzato IA, apprendimento automatico (ML) e elaborazione del linguaggio naturale (NLP) che hanno permesso di valutare grandi volumi di dati grezzi e scoprire intuizioni significative su schemi strutturati e tendenze emergenti.

Con questa ricerca, l’idea è sfruttare il potenziale della tecnologia per migliorare l’efficienza e la sostenibilità, affrontando al contempo le sfide della scarsità di dati, dei processi biologici complessi, della modellazione di attrezzature degradate e della variabilità ambientale.

Ottimizzare la transizione verde: le promesse e le sfide dei gemelli digitali guidati dall’IA

Mentre il mondo lotta per ridurre le emissioni di carbonio e combattere il cambiamento climatico, i ricercatori si sono rivolti ai gemelli digitali alimentati dall’IA per rimodellare il futuro dell’energia.

Queste rappresentazioni digitali del mondo fisico, secondo i ricercatori, possono trasformare la generazione, la gestione e l’ottimizzazione delle fonti di energia rinnovabile, accelerando così la transizione dai combustibili fossili. Ma per farlo, è necessario superare le loro notevoli limitazioni.

Come hanno osservato i ricercatori, “i gemelli digitali sono altamente efficaci nell’ottimizzare i sistemi di energia rinnovabile”, ma ogni fonte di energia rinnovabile presenta sfide uniche che possono “limitare le prestazioni delle tecnologie dei gemelli digitali, nonostante la loro notevole promessa di migliorare la generazione e la gestione dell’energia”.

Quindi, dopo aver condotto una revisione approfondita della letteratura esistente sull’argomento, riguardo a come i gemelli digitali sono utilizzati nel settore, hanno riconosciuto lacune nella ricerca, suggerito linee guida e trattato le questioni che devono essere affrontate per sfruttare appieno la tecnologia dei gemelli digitali nel settore dell’energia rinnovabile.

È inoltre offerta una roadmap di ricerca per aiutare gli scienziati a migliorare l’affidabilità e la precisione della tecnologia.

Nel loro studio, il i ricercatori hanno definito vantaggi significativi dei gemelli digitali¹ così come le loro limitazioni attraverso vari sistemi di energia rinnovabile. L’obiettivo delle raccomandazioni dei ricercatori è ampliare le capacità computazionali, migliorare le tecniche di modellazione e perfezionare i metodi di raccolta dati per garantire che i gemelli digitali forniscano intuizioni precise e affidabili per le decisioni e l’ottimizzazione dei sistemi.

Energia eolica

L’energia eolica sfrutta la potenza del vento per generare elettricità. Nel 2024, il suo contributo alla generazione globale di energia è cresciuto al 8,1%. Essa è destinata a diventare la seconda più grande fonte di generazione elettrica rinnovabile globale dopo il solare fotovoltaico entro la fine di questo decennio.

Per convertire l’energia cinetica del vento in elettricità, le turbine eoliche sono installate a terra e offshore in mare, sia fisse che galleggianti. 

Principalmente, due tipi di turbine eoliche sono utilizzati qui. La turbina eolica a asse verticale (VAWT) è quella in cui la rotazione dell’asse è perpendicolare al flusso del vento. L’altra è la turbina eolica a asse orizzontale (HAWT), che ruota parallelamente al flusso del vento.

Mentre le HAWT catturano la massima quantità di energia eolica, richiedono un flusso d’aria stabile senza notevoli fluttuazioni. Le VAWT, al contrario, catturano il vento da qualsiasi direzione e operano in un flusso di vento turbolento con un tasso di generazione di energia più basso.

L’uso dei gemelli digitali qui può aiutare a prevedere parametri sconosciuti e correggere eventuali misurazioni inaccurate. 

Tuttavia, affrontano sfide nella modellazione e nel monitoraggio accurati dei fattori e delle condizioni ambientali. Dati inaffidabili e lacune nei dati raccolti da aree remote o offshore creano problemi per i gemelli digitali. Inoltre, faticano a simulare fattori critici nelle turbine invecchiate come degradazione del cambio, erosione delle pale e prestazioni del sistema elettrico.

Clicca qui per un elenco delle migliori azioni nel settore dell’energia eolica.

Energia solare

Il principale motore della crescita delle rinnovabili è l’energia solare, che da diversi anni fornisce i maggiori contributi alla generazione di energia pulita. Nel 2024, ha fornito più di 2,000 TWh di elettricità, aggiungendo 474 TWh per raggiungere una quota del 6,9%, il che lo ha reso la fonte di energia a più rapida crescita per il ventesimo anno consecutivo. 

La fonte di nuova elettricità a più rapida crescita e più grande è l’energia solare. La luce solare viene convertita direttamente in elettricità tramite i fotovoltaici (PV). Un pannello PV, o pannello solare, contiene celle PV che sono realizzate con un semiconduttore trasmittente energia. Queste celle assorbono la luce solare e convertono l’energia solare in elettricità.

Nel frattempo, il solare termico concentrato (CSP) è un modo indiretto per generare elettricità, poiché lenti o specchi vengono utilizzati per concentrare la luce solare in un punto focale. 

Per quanto riguarda l’energia solare, i gemelli digitali utilizzano dati in tempo reale dai sensori per individuare i fattori chiave che influenzano l’efficienza e la potenza di uscita. Nonostante il loro potenziale, i gemelli digitali qui non possono prevedere accuratamente le prestazioni a causa delle variazioni delle condizioni atmosferiche. Inoltre, hanno difficoltà a monitorare il degrado dei pannelli e le influenze ambientali nel tempo, influenzando la loro precisione e utilità.

Come per l’energia eolica, la raccolta dei dati da aree remote o offshore può essere scarsa o inaffidabile qui.

Clicca qui per un elenco delle migliori azioni nel settore dell’energia solare.

Energia geotermica

Questa energia rinnovabile è estratta dal calore interno del nucleo terrestre e è utilizzata per il riscaldamento e il raffreddamento oltre alla generazione di elettricità. La sua quota di energia rinnovabile è inferiore al 3%.

I gemelli digitali possono aiutare a simulare l’intero processo operativo di utilizzo dell’energia geotermica, in particolare il processo di perforazione. Facilitando l’analisi dei costi e prevedendo l’affaticamento, possono far risparmiare tempo e costi associati all’operazione.

La più grande sfida qui è la limitata disponibilità di dati di alta qualità, che ostacola la capacità della tecnologia di simulare le incertezze geologiche e le condizioni sotto la superficie terrestre. Inoltre, esistono comportamenti a lungo termine complessi dei sistemi geotermici come il trasferimento di calore e il flusso di fluidi dinamiche, che sono difficili da modellare per i gemelli digitali.

Energia idroelettrica

L’energia idroelettrica utilizza il flusso d’acqua per produrre energia. Sfrutta gli effetti della gravità e dell’elevazione.

Nel 2024, l’energia idroelettrica ha rappresentato la maggior parte della generazione globale di elettricità tramite tecnologie rinnovabili. Tuttavia, la quota del 14% di questa singola più grande fonte rinnovabile è prevista dall’IEA di vedere un calo di un percento entro il 2030, poiché l’uso crescente del solare fotovoltaico e dell’energia eolica rende l’idroelettrico meno prominente. Essa è ancora prevista a crescere man mano che nuovi progetti entrano in attività. 

L’energia idroelettrica è associata a costi di costruzione elevati, influisce negativamente sulla qualità dell’acqua e ha un impatto avverso sugli habitat animali.

I gemelli digitali possono essere applicati all’energia idroelettrica per simulare il sistema al fine di identificare i fattori che lo influenzano. Nelle centrali più vecchie, possono aiutare ad alleviare l’impatto della fatica dei lavoratori sulla produttività. La scansione laser 3D viene utilizzata qui per individuare costruzioni di fatica economicamente vantaggiose.

La sfida, tuttavia, è la scarsità di dati, le prestazioni delle infrastrutture invecchiate e la modellazione accurata della complessa variabilità del flusso d’acqua, nonché il monitoraggio dei vincoli ambientali ed ecologici.

Energia da biomassa

Questo tipo di energia deriva da materiale organico, che comprende animali e piante decomposti animali e piante. Può essere estratta da varie fonti solide, liquide e gassose come il metano, agricoli colture, oli vegetali, letame animale e rifiuti solidi urbani.

I modelli guidati dall’IA possono aiutare a migliorare la funzionalità e il funzionamento dell’energia da biomassa offrendo una comprensione più approfondita dell’intero processo e dell’impianto, come un bruciatore.

Ma quando applicati a questo sistema di energia rinnovabile, i gemelli digitali faticano a modellare con precisione la conversione della biomassa e i processi biologici, biochimici e termochimici. Affrontano inoltre sfide nella simulazione dell’intera catena di approvvigionamento della produzione di energia da biomassa.

Investire nella tecnologia dei gemelli digitali

Ora, se consideriamo un’opportunità di investimento in questo settore, PTC Inc. (PTC ) si distingue per il suo focus centrale sui gemelli digitali e per la forte performance di mercato. L’azienda globale di software consente a manifatture e aziende di prodotto di trasformare digitalmente il modo in cui progettano, producono e forniscono prodotti fisici.

PTC Inc. (PTC )

La suite di prodotti di PTC include Windchill per il software di gestione del ciclo di vita del prodotto aziendale, Creo per costruire prodotti con CAD/CAM/CAE, il software ALM Codebeamer per lo sviluppo moderno, ServiceMax centrato sugli asset per la gestione dei servizi, la piattaforma PLM cloud-native Arena, la piattaforma CAD cloud-native Onshape, Kepware per accedere e controllare i dati industriali, ThingWorx per creare e distribuire applicazioni Internet delle Cose industriali (IIoT), la piattaforma AR aziendale scalabile Vuforia, Servigistics per la gestione dei pezzi di ricambio, e Arbortext per creare, gestire e distribuire contenuti in modo efficiente.

I gemelli digitali di PTC sono stati utilizzati anche nel settore dell’energia rinnovabile. 

Un paio di anni fa, il gruppo energetico francese ENGIE (GZF.DE ) si è associato a PTC per sviluppare una fornace virtuale per assistere nella transizione degli asset industriali. EDF, nel frattempo, ha utilizzato ThingWorx e Vuforia per monitorare le operazioni, migliorare la formazione dei lavoratori e simulare compiti di manutenzione critici per i suoi sistemi di centrali nucleari. Howden ha applicato la tecnologia per migliorare i suoi compressori e ventilatori utilizzati nel settore petrolifero e del gas e nella generazione di energia.

Per quanto riguarda le sue performance di mercato, le azioni di PTC hanno raggiunto un massimo storico (ATH) sopra i $219, registrando un aumento del 16,83% YTD e un incremento del 57,5% da aprile. Con ciò, ha un EPS (TTM) di 4,24 e un P/E (TTM) di 50,64.

Per il terzo trimestre fiscale del 2025, ha segnalato una crescita del 14% nel flusso di cassa operativo e libero, che ha raggiunto $850 milioni.

“Il terzo trimestre è stato un altro trimestre solido di esecuzione per PTC,” ha osservato Neil Barua, Presidente e CEO di PTC, condividendo i progressi in CAD, PLM, ALM, SLM e SaaS con nuove offerte di prodotti e miglioramenti.

Durante questo trimestre, l’azienda ha effettuato riacquisti di azioni per un valore di $75 milioni nell’ambito della sua autorizzazione da $2 miliardi.

Questa settimana, PTC ha ampliato la sua collaborazione con NVIDIA (NVDA ) annunciando l’integrazione delle tecnologie NVIDIA Omniverse in Creo e Windchill per aiutare le aziende a migliorare la qualità del prodotto, accelerare lo sviluppo e collaborare più efficacemente su prodotti complessi lungo l’intero ciclo di vita.

“I prodotti più avanzati di oggi—dall’hardware AI alle macchine industriali—sono più complessi, integrati e intensivi dal punto di vista ingegneristico che mai,” ha detto Barua, osservando che con questa collaborazione, “offriamo ai nostri clienti la possibilità di incorporare dati di progettazione e configurazione in un ambiente di simulazione immersivo in tempo reale”.

All’inizio di quest’anno, PTC ha rilasciato ServiceMax AI, che sfrutterà la storia completa documentata dei dati delle attrezzature, la cronologia dei servizi e altro per aiutare le organizzazioni a modernizzare i loro flussi di lavoro e i tecnici di assistenza sul campo a svolgere più lavoro in meno tempo.

Ultime PTC Inc. (PTC) Stock News and Developments

Considerazioni finali sui gemelli digitali e l’energia pulita

La tecnologia dei gemelli digitali è emersa come uno strumento efficace per ottimizzare i sistemi di energia rinnovabile. Sebbene il suo potenziale di massimizzare l’efficienza, le previsioni e l’integrazione dei sistemi sia indiscutibile, presenta anche dei limiti.

Solo superando le sfide legate alla disponibilità dei dati, gestendo ambienti di modellazione complessi e costruendo soluzioni economicamente vantaggiose e scalabili, si potrà raggiungere una vera adozione.

Quindi, mentre il mondo compie una transizione verso fonti di energia rinnovabile al fine di ridurre le emissioni di carbonio e combattere il cambiamento climatico, i gemelli digitali sono destinati a definire la prossima era dell’energia verde.

Riferimenti:

1. Semeraro, C., Aljaghoub, H., Al-Ali, H.K.M.H., Abdelkareem, M.A., & Olabi, A.G. “Sfruttare il futuro: Esplorare le applicazioni dei gemelli digitali e le loro implicazioni nell’energia rinnovabile.” Energy Nexus, vol. 18, 1 giugno 2025, p. 100415. ScienceDirect. https://doi.org/10.1016/j.nexus.2025.100415