L'Italia ha deciso di porsi degli obiettivi ambiziosi in termini di efficienza energetica e aumento di penetrazione delle rinnovabili. In più, le isole sono state individuate come il nucleo da cui questa rivoluzione può cominciare come confermato dal DM del 14 Febbraio 2017 riguardo le fonti di energia rinnovabili (FER) nelle isole non interconnesse. In questo contesto è essenziale quindi una pianificazione ottimale per supportare le autorità locali nella transizione. In qualsiasi realtà sono presenti diverse "necessità" che sono largamente energivore, queste sono: elettriche, termiche, idriche, per la gestione dei rifiuti e per gli spostamenti sia terrestre che marittimo. Durante un processo di pianificazione è necessario pensare al soddisfacimento di tutte queste richieste in modo ottimale. Il presente studio si propone di sviluppare un modello di calcolo per la pianificazione ottimale di un sistema integrato in grado di sfruttare le sinergie offerte dall'interazione tra i settori elettrico, termico, trasporto, produzione acqua potabile, mettendo in comunicazione settori che troppo spesso vengono considerati separatamente. Il modello sarà in grado di simulare il funzionamento delle diverse tecnologie di generazione e di gestire l'allocazione dei flussi energetici sfruttando sistemi di stoccaggio dell'energia e le più recenti soluzioni basate sul Demand Side Management (DSM). Inoltre, il modello di calcolo sarà in grado di valutare la taglia ottimale dei sistemi di generazione, delle tecnologie selezionate per l'accumulo energetico e la quantità di tecnologia abilitanti per il DSM utilizzando un algoritmo di ottimizzazione multi-obiettivo per selezionare la soluzione che riesca ad ottimizzare i risultati in termini economici, ambientali, energetici e sociali. Lo scopo è quello di pianificare un sistema ad alta penetrazione di rinnovabili, efficiente, economicamente vantaggioso e socialmente equo per aiutare le isole nella transizione per diventare Smart Islands.
La ricerca in esame si propone di sviluppare un modello di simulazione per l¿ottimizzazione di un sistema di produzione ibrido che possa soddisfare, oltre alla richiesta elettrica del caso studio, il consumo termico, quello legato al settore dei trasporti e quello per l¿approvvigionamento di acqua potabile. Il modello sarà inoltre in grado di valutare il livello ottimo di elettrificazione dei settori termico, trasporto e produzione acqua considerandone la possibilità di fornire servizi di flessibilità alla rete aumentando così la capacità della rete di accogliere produzione da FER non programmabili. In questo modo si punta a progettare un sistema integrato che sfrutti al massimo le potenzialità offerte dal territorio. A differenza della maggior parte degli studi presenti in letteratura la cui pianificazione punta all¿ottimizzazione del sistema considerando solo i consumi elettrici e talvolta quelli termici. A questo proposito si cita il software HOMER che applica un¿ottimizzazione esclusivamente economico considerando settore elettrico e termico ma con un ridotto numero di tecnologie considerabili per il settore termico (si può infatti considerare solo un cogeneratore o una caldaia). Continuando a pensare al sistema elettrico come un settore separato dagli altri si tenderà ad aumentare il costo delle rinnovabili costringendo i progettisti o a prevedere impianti di stoccaggio sovradimensionati per valorizzare al massimo l¿energia prodotta in eccesso o a sottodimensionare quelli di produzione ad energia rinnovabile di fatto non sfruttando al massimo le potenzialità offerte dal territorio. Questa considerazione è particolarmente vera per le isole che hanno un andamento di consumo fortemente stagionale, arrivando a triplicare il consumo nei mesi turistici.
Il presente studio presente inoltre un altro grande fattore di innovatività introducendo nel processo di ottimizzazione un obiettivo di tipo sociale che acquisirà la stessa importanza di quelli economico, energetico ed ambientale. Infatti, solitamente si trovano studi di ottimizzazione che utilizzano obiettivi di tipo economico, diversi studi che puntano ad ottimizzare le performance energetiche di un sistema e più raramente analisi che si basano sulla minimizzazione delle emissioni nocive. Raramente viene poi analizzata a posteriori la ricaduta sociale del sistema che si è ottenuto utilizzando gli obiettivi appena citati. Non esiste, a conoscenza del proponente, un modello e/o un software in grado di considerare le ricadute sociali durante la pianificazione al pari del ritorno economico, delle performance energetiche e della riduzione delle emissioni nocive.
Inoltre il progetto in questione propone l¿analisi del caso studio dell¿isola di Favignana in Sicilia, Italia. Visto il legame inscindibile tra un sistema di produzione con le risorse naturali del territorio ed il particolare profilo di consumo, ogni analisi di pianificazione ed ottimizzazione su di un caso studio presenta delle unicità e degli aspetti innovativi.