• dimensionamento
• funzioni obiettivo economiche
• mini-grid
• ottimizzazione
• paesi in via di sviluppo

Ad oggi, l’accesso all’energia è fortemente disomogeneo nel mondo: se nei paesi “sviluppati” è ormai consueto e ampiamente diffuso il collegamento alle varie reti energetiche per la distribuzione dell’energia elettrica e del gas, nei paesi in via di sviluppo è spesso impossibile contare su un rifornimento continuo e affidabile. Più di un miliardo di persone è privo di tali servizi e gran parte di queste si trova in aree rurali, distanti dalla rete nazionale. Tipicamente, la strategia per ampliare l’elettrificazione di un Paese consiste nell’estendere la rete nazionale con linee appositamente dedicate a raggiungere località sprovviste dal servizio. Tale soluzione è però caratterizzata da elevati costi fissi, che spesso non sono compensati dai ricavi se la distanza della località è elevata rispetto alla densità di carico atteso. Per questo motivo, in zone rurali molto distanti dalla rete nazionale si può ricorre all’uso di mini-grid, ovvero sistemi isolati dai grandi sistemi elettrici interconnessi, autosufficienti nella produzione di energia. Si tratta di una soluzione che ormai si sta affermando per singole abitazioni o piccolissime comunità rurali, anche alla luce della diffusione dell’abbinamento fra fonti rinnovabili e piccoli sistemi di accumulo energetico (c.d. mini-grid ibride), nell’obiettivo di derubricare il classico generatore diesel a pura fonte di backup. Recenti innovazioni stanno offrendo nuovi scenari di applicazione di queste tecnologie, come mezzo per soddisfare esigenze elettriche o termiche maggiori, come nel caso di insiemi di nuclei abitativi distanti dalla rete nazionale nei Paesi in via di sviluppo. Questo elaborato si inserisce in un contesto di proposte di ottimizzazione del dimensionamento di mini-grid ibride, già da tempo oggetto di studio all’interno del Dipartimento di Ingegneria dell'energia, dei sistemi, del territorio e delle costruzioni dell’Università di Pisa, ampliandone l’analisi dal punto di vista tecnico-economico. Dopo una descrizione più dettagliata del contesto off-grid, sarà esposto il modello sviluppato all’interno del dipartimento e le tecniche di ottimizzazione utilizzate fino ad ora. Saranno poi definite le nuove soluzioni proposte per realizzare il dimensionamento con il medesimo modello ma utilizzando funzioni obiettivo differenti opportunamente scelte (NPC, NPV, MIRR, LCOE, PBT e PI), successivamente verranno descritte le ottimizzazioni svolte per un caso studio selezionato. Infine, è stata realizzata un’estensione del modello al fine di poter effettuare analisi multi-obiettivo con identificazione del “fronte di Pareto”, valutando le variazioni di configurazioni lungo tale limite. Le ottimizzazioni sono state svolte applicando due tecniche di gestione dell’impianto differenti per valutarne gli effetti: Load Following e Rolling Horizon (logica predittiva che sfrutta le previsioni di carico e disponibilità di rinnovabile). I risultati ottenuti hanno mostrato come gli indicatori producano una risposta differente nel processo di dimensionamento, provocando effetti distinti sia sul design che sulla copertura della domanda, a parità di carico richiesto. Le ottimizzazioni multi-obiettivo rendono possibile la sintesi di un vero e proprio set di scelte di configurazioni di sistema descritte dal fronte di Pareto, da cui lo sviluppatore può attingere indicazioni al fine di soddisfare nel migliore dei modi le sue idee di business, rimanendo all’interno dei propri limiti di costo. Il presente lavoro ha mostrato che tenere in considerazione più funzioni obiettivo con comportamenti diversi può essere opportuno per fornire maggiori informazioni possibili nella valutazione dell’investimento, sia per limitarne i rischi che per massimizzare la resa di tale operazione finanziaria. Analisi di investimento ad ampio spettro abbinate a idee di business inclusive, eventualmente fondate su una cooperazione tra utility nazionale ed investitori privati, possono portare nel tempo a dare una forte risposta alla problematica dell’elettrificazione globale.