La Direttiva UE 2018/2001 (RED II o Direttiva Rinnovabili), definisce ufficialmente le Comunità Energetiche Rinnovabili (CER) e le identifica come il modello di generazione e consumo dell'energia necessario per raggiungere gli ambiziosi obiettivi di decarbonizzazione. Tuttavia una ampia presenza di impianti di generazione rinnovabile distribuita può influenzare negativamente i parametri tecnici della rete elettrica, quindi la loro gestione deve mirare a massimizzare l'autoconsumo locale. Le fonti rinnovabili caratterizzate da una forte aleatorietà nella generazione hanno necessità della presenza di sistemi di accumulo per incrementare la flessibilità del sistema energetico. Le batterie elettriche non potranno svolgere da sole questa funzione in maniera efficiente, in quanto caratterizzate da alto costo di installazione e impatto ambientale non trascurabile sul ciclo vita. Una opportunità importante è quindi quella della conversione del vettore energetico al fine di gestire l'accumulo con sistemi più convenienti. Il presente progetto vuole analizzare dal punto di vista tecnico, economico, ambientale e sociale diverse strategie di conversione ed accumulo dei vettori energetici al fine di massimizzare l'autoconsumo nelle CER. Nel dettaglio si analizzerà un caso studio di una comunità energetica residenziale nel comune di Roma e si confronterà l'utilizzo delle batterie elettriche con l'applicazione di strategie Power-to-Gas (vettore idrogeno) e Power-to-Heat (vettore termico). L'analisi permetterà quindi di indagare le possibili interconnessioni tra settore elettrico e termico e il potenziale ruolo dell'idrogeno nelle CER. Inoltre l'analisi sarà svolta sviluppando indicatori di varia natura all'interno della pianificazione energetica, al fine di integrare nella tradizionale analisi energetico-economica aspetti sociali ed ambientali.
Nell'ultimo periodo le singole strategie per incrementare la flessibilità del sistema hanno ricevuto grande attenzione dalla comunità scientifica e non solo. Sono ampiamente studiate le strategie Power-to-Heat e il 4th Generation District Heating [1] per l'integrazione del settore elettrico con quello termico. È inoltre crescente l'attenzione sul vettore idrogeno e le strategie Power-to-Gas, anche grazie alla recente "Hydrogen strategy for a climate-neutral Europe" dell'Unione Europea [2]. Tuttavia, ancora è esiguo è il numero di studi che analizzano in maniera comparativa le diverse strategie, confrontandole con l'affermato schema dell'accumulo elettrico, e che indagano l'interconnessione tra le strategie nello stesso sistema energetico. Negli ultimi anni si è affermato in letteratura l'approccio degli Smart Energy Systems [3], al fine di superare l'analisi mono-settoriale in favore di una visione olistica dell'intero sistema energetico. Se numerosi sono gli studi che hanno utilizzato questo approccio per la pianificazione nazionale o regionale [3], rare sono le applicazioni su distretti energetici o singoli condomini [4]. Infatti, l'integrazione delle rinnovabili negli Smart District è stato affrontato spesso con il punto di vista mono-settoriale e nell'ottica delle Smart Grids. Estremamente limitato è il numero di studi che applicano l'approccio degli Smart Energy Systems e delle strategie Power-to-X ai nuovi schemi delle Comunità Energetiche Rinnovabili. Inoltre non vi sono in letteratura, a conoscenza del proponente, analisi contestualizzate a realtà italiane e che integrino i recenti schemi di incentivazione basati sulla quota di autoconsumo. Infatti questa recente forma di incentivazione sta prendendo piede in diversi Paesi Membri e rappresenta un cambiamento importante rispetto ai meccanismi feed-in-tariff. La valorizzazione dell'energia auto-consumata potrebbe infatti premiare maggiormente gli schemi caratterizzati da ampia presenza di sistemi di accumulo ed incidere sul processo di ottimizzazione del sistema energetico. Un aspetto centrale del progetto è lo sviluppo di una metodologia di analisi decisionale multi-criterio che non si limiti a minimizzare il consumo di energia primaria, ma che descriva diversi parametri, tra i quali il costo livellato dell'energia elettrica, l'autoconsumo della comunità, le emissioni correlate ed il prezzo dell'energia per gli utenti finali. È inoltre previsto lo sviluppo di un indicatore per la povertà energetica e l'integrazione di questo all'interno del processo di ottimizzazione. Recentemente è stata evidenziata l'esigenza di comprendere aspetti sociali nella pianificazione energetica [5]. In particolare, risulta innovativa l'analisi del potenziale ruolo delle Comunità Energetiche Rinnovabili per la mitigazione degli aspetti legati alla povertà energetica, la quale è principalmente correlata all'alto costo dell'energia in bolletta.
Pertanto, i principali aspetti innovativi possono essere riassunti come segue:
- applicazione dell'approccio degli Smart Energy Systems e delle strategie Power-to-X al nuovo contesto delle Comunità Energetiche Rinnovabili;
- analisi del potenziale ruolo dell'idrogeno e dello stoccaggio termico per il bilanciamento dei flussi energetici nei sistemi di piccola scala;
- applicazione del modello delle Comunità Energetiche Rinnovabili al contesto normativo italiano e alla luce degli schemi di incentivazione basati sulla quota di autoconsumo;
- sviluppo di un modello di analisi multi-criterio al fine di integrare aspetti energetici, economici, ambientali e sociali all'interno del processo di individuazione della configurazione ottimale;
- analisi del potenziale ruolo delle Comunità Energetiche Rinnovabili per la mitigazione della problematica della povertà energetica.
References:
[1] Lund, H.; Østergaard, P.A.; Chang, M.; Werner, S.; Svendsen, S.; Sorknæs, P.; Thorsen, J.E.; Hvelplund, F.; Mortensen, B.O.G.; Mathiesen, B.V.; et al. The status of 4th generation district heating: Research and results. Energy 2018, 164, 147¿159, https://doi:10.1016/j.energy.2018.08.206.
[2] EUROPEAN COMMISSION. A hydrogen strategy for a climate-neutral Europe. Brussels: 2020
[3] Lund H, Østergaard PA, Connolly D, Mathiesen BV. Smart energy and smart energy systems. Energy 2017;137:556¿65. https://doi.org/10.1016/j.energy.2017.05.123.
[4] Lo Basso G, Rosa F, Astiaso Garcia D, Cumo F. Hybrid systems adoption for lowering historic buildings PFEC (primary fossil energy consumption) - A comparative energy analysis. Renew Energy 2018;117:414¿33. https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.10.099.
[5] Cuesta MA, Castillo-Calzadilla T, Borges CE. A critical analysis on hybrid renewable energy modeling tools: An emerging opportunity to include social indicators to optimise systems in small communities. Renew Sustain Energy Rev 2020;122:109691. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.109691.