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Dynamic, multi-objective optimal design and operation of water-energy systems for small, off-grid islands

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Dynamic, multi-objective optimal design and operation of water-energy systems for small, off-grid islands

Viene proposto un approccio dinamico e multi-obiettivo per ottimizzare un sistema integrato idro-energetico non connesso alla rete. L’approccio dà risultati migliori di quello basato su simulazioni non dinamiche e mono-obiettivo (minimizzazione dei costi). Le soluzioni ottimali identificate limitano i costi di investimento e gli impatti ambientali.

Le piccole isole del Mediterraneo sono un tipo di comunità remote e off-grid caratterizzate da un sistema elettrico carbon-intensive accoppiato a tecnologie di produzione di acqua potabile (dissalazione) energivore. Lo scopo di questo studio è di proporre un nuovo approccio di ottimizzazione dinamico multi-obiettivo per migliorare la sostenibilità delle piccole isole attraverso l’introduzione di fonti di energia rinnovabili. I principali contributi del nostro approccio includono: (i) modellazione dinamica delle operazioni degli impianti di desalinizzazione,

(ii) ottimizzazione congiunta della progettazione e delle operazioni del sistema,

(iii) ottimizzazione multi-obiettivo per esplorare compromessi tra obiettivi potenzialmente contrastanti.

L’approccio è testato sul caso studio reale dell’isola italiana di Ustica, attraverso un’analisi comparativa con un approccio tradizionale non dinamico e di minimizzazione dei costi. I risultati numerici mostrano l’efficacia dell’approccio nell’identificazione di configurazioni di sistema ottimali, che presentano performance dei diversi indicatori di sostenibilità migliori rispetto al design tradizionale, limitando gli interventi strutturali, i costi di investimento e gli impatti ambientali. In particolare, le soluzioni dinamiche ottimali in grado di soddisfare l’intera domanda di acqua consentono di raggiungere elevati livelli di penetrazione delle fonti energetiche rinnovabili (fino ad oltre il 40%), riducendo il costo attuale netto di circa 2-3M € e le emissioni di CO2 di oltre 200 tonnellate / anno.

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