• analisi costi-benefici
• fotovoltaico
• pompe di calore
• simulazione dinamica
• sistema energetico integrato
• teleriscaldamento

L’obiettivo della tesi è simulare diverse architetture e scenari di sviluppo di un sistema energetico integrato (dotato di micro-rete termica ed elettrica) alimentato da tecnologie rinnovabili e tradizionali per il soddisfacimento dei consumi energetici del campus universitario di Parma, composto da 9 edifici.
L’analisi dei consumi di gas naturale ed energia elettrica parte da un caso base, in cui sono presenti cinque caldaie centralizzate che alimentano la rete termica di teleriscaldamento degli edifici, con 5 caldaie totali. Per quanto riguarda la micro-rete elettrica del campus, è presente un impianto fotovoltaico a servizio di tutti gli edifici.
Successivamente allo scenario “base”, saranno analizzati scenari caratterizzati da:
-Aumento incrementale della penetrazione della tecnologia a pompe di calore, attraverso la sostituzione di una e successivamente due caldaie con pompe di calore, modificando la generazione termica. Le taglie della pompa di calore sono state scelte in modo da fornire una potenza termica comparabile a quella delle caldaie sostituite, così da mantenere invariata la potenza nominale complessiva del sistema di riscaldamento.
-Espansione dell’impianto fotovoltaico, considerando una potenza doppia e quadrupla
-Introduzione di carichi elettrici aggiuntivi simulando l’installazione di stazioni di ricarica per veicoli elettrici secondo 3 possibili scenari.
Sono state analizzate simulazioni considerando la penetrazione combinata delle pompe di calore e l'aumento della capacità degli impianti fotovoltaici. Successivamente, è stato analizzato anche il carico elettrico delle colonnine di ricarica per le auto elettriche, tenendo conto della penetrazione delle pompe di calore e del fotovoltaico, al fine di valutare l'effetto combinato di tutti e tre i fattori. Questo ha portato ad un totale di 36 scenari complessivi analizzati.
Lo studio è stato realizzato mediante un codice home-made sviluppato in MATLAB, costituito da una libreria di funzioni che rappresentano i componenti energetici del caso studio (es. pompe di calore, impianti fotovoltaici, caldaie, sistemi di accumulo, edifici…) e da una routine di aggregazione nelle micro-reti termica ed elettrica, basata su un ordine di priorità definito dall’utente. Per la rete termica è quindi presente una sezione di generazione “centralizzata”, mentre per la rete elettrica è previsto l’acquisto e/o la cessione in rete.
Tutte le configurazioni sono state analizzate utilizzando indicatori di prestazione energetici ed economici, con l’obiettivo di massimizzare l’efficienza energetica del campus e individuare le migliori soluzioni sostenibili per il suo sviluppo.
Tra gli indicatori considerati per il servizio di riscaldamento figurano il costo energetico del servizio CES (cost per energy supplied, €/MWh), le ore di funzionamento e l’efficienza dei singoli generatori , la frazione di carico soddisfatta dalle varie tecnologie di generazione , caldaia o PdC). Per il settore elettrico sono stati analizzati il costo energetico espresso del servizio (€/MWh); la percentuale di autoconsumo dell’impianto fotovoltaico e l’energia venduta e acquistata dalla rete.
Dall'analisi degli scenari emerge che quadruplicare la taglia dell’impianto fotovoltaico è una scelta efficace, poiché il sistema riesce a ridurre l’acquisto di energia dalla rete di circa il 20% rispetto al caso base. Un ulteriore beneficio si osserva considerando uno scenario in cui, oltre a quadruplicare la taglia dell’impianto fotovoltaico, sono presenti due pompe di calore: in questo caso, l’indice CES si riduce significativamente, passando da 150 €/MWh nel caso base a 64 €/MWh.