GenOPT
Strumento basato su AI per l'ottimizzazione di multi-microgrid
Il riscaldamento globale e l'aumento della domanda di energia richiedono azioni rapide ed efficaci per ridurre le emissioni ambientali. Le fonti di energia rinnovabile, come i sistemi fotovoltaici e le turbine eoliche, svolgono un ruolo cruciale nella transizione verso un'energia sostenibile a basse emissioni di carbonio. Tuttavia, queste risorse energetiche distribuite sono altamente intermittenti e incerte. Per questo motivo, è necessario combinare le fonti rinnovabili con sistemi di accumulo di energia e generatori, al fine di soddisfare istantaneamente la domanda degli utenti.
Le microgrid rappresentano un approccio potente per integrare le Risorse Energetiche Distribuite (DER). Una microgrid è un piccolo sistema elettrico che incorpora generazione, trasmissione e distribuzione in un unico insieme; grazie alla sua capacità di controllo autonomo, protezione e gestione, una microgrid può raggiungere l'equilibrio energetico e l'allocazione ottimale dell'energia su una determinata area, operando in modalità isolata (off-grid), interconnessa con altre microgrid o in parallelo con la rete principale (grid-tie).
La progettazione e la gestione di una microgrid devono soddisfare diversi obiettivi sfidanti, come il minimo costo dell'energia e la massima qualità dell'alimentazione. Questi requisiti hanno un grande impatto sulla configurazione complessiva del sistema. Tuttavia, trovare la soluzione ottimale tra un gran numero di combinazioni di risorse richiede un codice computazionale in grado di risolvere le equazioni di bilancio energetico in tempi molto brevi.
GenOPT è un innovativo strumento informatico progettato per ottimizzare la progettazione e l'operatività di microgrid multiple interconnesse, che integrano risorse energetiche distribuite per il riscaldamento e l'elettricità. GenOPT consente di individuare la migliore localizzazione all'interno di un'area grigliata per piccoli sistemi energetici connessi a macrogrid.
Questo ottimizzatore si basa su una combinazione di un algoritmo evolutivo multi-obiettivo e un metodo di programmazione lineare sequenziale a minimi quadrati. Lo strumento è pensato per supportare decisori politici e ingegneri durante la fase di progettazione di microgrid complesse per la cogenerazione di calore ed energia.
Il simulatore fornisce risposte rapide e precise a problematiche rilevanti. A un livello superiore, il nuovo algoritmo evolutivo auto-adattativo ricerca le migliori performance finanziarie (L_COE, IRR, NPV) tra diverse configurazioni e localizzazioni. A un livello inferiore, una funzione di costo basata su una combinazione di modelli tecno-economici analitici e di machine learning ottimizza l'equilibrio energetico. Inoltre, GenOPT esegue analisi di sensitività sui servizi di domanda energetica e sulle politiche di prezzo.
GenOPT analizza tutte le possibili combinazioni di risorse energetiche distribuite termiche e elettriche con i profili di carico, restituendo il design più adatto, l'operatività ottimale e la localizzazione geografica dei sistemi energetici complessi, basati su politiche di prezzo e servizi di domanda desiderati.
Il simulatore di microgrid è quindi uno strumento ingegneristico e finanziario potente, utile per investigare le migliori soluzioni per una diffusione efficace e ampia delle fonti di energia rinnovabile a condizioni economiche ottimali.
Lo strumento è il risultato di un progetto di ricerca iniziato quattro anni fa nell'ambito di Pembeyond, un'iniziativa finanziata dalla Commissione Europea (WP7/Pembeyond), e proseguito come progetto di ricerca congiunto presso il Laboratorio di Ingegneria dei Sistemi di Processo dell'Università di Brema.
Caratteristiche principali
- Strumento avanzato basato su web per la configurazione progettuale e l'analisi dei costi di microgrid complesse.
- Il simulatore calcola, in base alla geolocalizzazione, l'irraggiamento, la temperatura, l'umidità relativa e, tenendo conto della durata dell'installazione, il tasso di sconto, il prezzo di vendita dell'energia, il profilo di carico elettrico, e la disponibilità di elettricità dalla rete.
- Tutte le possibili configurazioni di sistema, i flussi energetici, il profilo di generazione da fonti rinnovabili, lo stoccaggio di energia e qualsiasi altro flusso energetico generato da celle a combustibile o generatori tradizionali sono considerati.
- Vengono calcolati lo stato di salute dei vari componenti, i costi di manutenzione e sostituzione, i costi operativi e, infine, il L-COE, l'IRR e il NPV dell'installazione.
