SUPERP2G-ITALY TOOL

Introduzione al tool

L’obiettivo principale di SuperP2G è sviluppare un tool open source di analisi tecnico/economica e di collocazione ottima degli impianti power to gas, chiamato SuperP2G-Italy tool, che possa favorire il sector coupling e la pianificazione e gestione dell’intero sistema energetico multi-carrier.

SuperP2G intende mostrare il potenziale del P2G in ogni paese coinvolto e trarre conclusioni paneuropee in merito alla tecnologia, alle condizioni di mercato e all’adattamento degli stakeholder.

Il tool che attualmente è stato sviluppato in una versione alpha test ha come obiettivo la minimizzazione del costo totale di esercizio del sistema energetico indagato. Pertanto l’ottimizzazione al momento implementata è solo di tipo economica.

Il database

Per la gestione dei dati di input georeferenziati è stato sviluppato un database dedicato. 

Il database può gestire file nel formato “shapefile” o “raster”. Una volta inseriti i file, il database gestisce le informazioni georeferenziate mediante il programma open-source PostgreSQL, ovvero mediante l’applicativo Post-GIS.

Nella versione attuale sono previsti due layer. In un layer sono salvate e manipolate tutte le informazioni relative alla mobilità. Nel secondo layer, invece, sono gestite tutte le informazioni legate alle infrastrutture energetiche. Per motivi di confidenzialità e sicurezza, tuttavia, le informazioni nel secondo layer sono protette.

Realizzazione della griglia di mesh

Trattandosi di un web-GIS, il tool permette di realizzare griglie di mesh di dimensioni differenti in funzione dell'accuratezza che vuole essere indagata nell'area di interesse. Non essendo in questo senso presenti limiti alle dimensioni minime delle celle, occorre ricordare, tuttavia, che alla riduzione delle dimensioni ad una maggior accuratezza di calcolo corrispondono tempi di calcolo maggiori.

Premesso questo, le potenziali posizioni delle centrali di conversione P2G all’interno del territorio oggetto dell’indagine sono i nodi della griglia di mesh realizzata. Per ridurre il tempo di calcolo, tutti i nodi della griglia realizzata che giacciono all’esterno del territorio di indagine, ovvero all’interno di porzioni di territorio che l’utilizzatore voglia escludere dall’indagine, non sono considerati nel calcolo successivo.

Calcolo della distanza fra nodi della griglia di mesh

Una delle funzionalità più sofisticate del tool è quella del calcolo della distanza fra nodi della griglia. A tal fine sono disponibili due approcci:

• Distanza geodetica, da utilizzarsi nel caso di collegamenti tramite pipeline e/o connessioni elettriche
• Distanza reale, ovvero tenendo conto dei reali percorsi stradali per connettere la centrale di conversione Power to Gas (P2G) con gli utilizzatori finali

La funzione obiettivo

La funzione obiettivo sviluppata consiste nella somma di tre contributi di costo. In riferimento all’equazione, il primo membro rappresenta il costo di trasporto dell’idrogeno dalla centrale di produzione al consumatore finale. Il secondo termine, invece, rappresenta il costo di trasporto dell’energia elettrica rinnovabile dagli impianti alla centrale di conversione in idrogeno. Infine, il terzo termine è rappresentativo del costo di investimento richiesto per la realizzazione e la gestione della centrale.

Il processo di ottimizzazione

Ogni nodo rappresenta una potenziale posizione di installazione di una centrale di conversione P2G di taglia generica. Per contenere i tempi di calcolo, nella versione attuale, al tool vengono forniti una serie di valori discreti di taglie possibili di centrali Power to Gas (P2G).

Specificatamente al solutore implementato, ci sono molti strumenti del tipo open-source e/o commerciali che possono essere sfruttati all’uopo. A seconda della complessità della funzione obiettivo e dei vincoli, la selezione può essere limitata, ad esempio a causa della non linearità della funzione obiettivo o della formulazione del vincolo, o della discretezza del set taglie delle centrali di conversione P2G. In questa versione sviluppata del tool, è stata utilizzata la libreria open-source “Pyomo” in ragione della sua flessibilità, all'ampio supporto di solutori. Questa scelta ha consentito metodi e opzioni flessibili per descrivere i parametri del problema (distanze, costi e valori di capacità P2G in termini di domini di esistenza) con specifiche funzioni di inizializzazione dai dati georeferenziati precalcolate

Visualizzazione dei risultati

I risultati ottenuti sono visualizzati tramite il sito web interattivo REDD (g3wsuite.it).

All'interno dell'applicativo è possibile analizzare diversi parametri di interesse quali, per esempio, la taglia, la posizione all'interno del territorio di indagine, il costo di investimento. 

Il sito web viene mantenuto costantemente aggiornato con le nuove simulazioni svolte inerenti a specifici casi di studio.