L’approvvigionamento idrico e la produzione di elettricità nelle piccole isole del Mediterraneo sono strettamente correlati e devono affrontare un gran numero di problemi, principalmente causati dalla distanza dalla terraferma e dalla mancanza di fonti di acqua potabile accessibili e sicure.

Da un lato, la sicurezza energetica è garantita principalmente da sistemi autonomi basati su generatori diesel. L’elevata dipendenza dalla fornitura di carburante dalla terraferma e la necessità di garantire una riserva per coprire eventuali ritardi nel rifornimento (ad es. a causa di cattive condizioni meteorologiche) rendono questi sistemi molto costosi ed inefficienti. Inoltre, l’equilibrio tra domanda e offerta energetica è messo a dura prova dalla mancanza strutturale di flessibilità dei sistemi fuori rete e dall’elevata variabilità stagionale della domanda energetica, tipica delle piccole isole turistiche.

Dall’altro lato, le operazioni di approvvigionamento idrico impattano fortemente sul sistema energetico: in diverse isole l’acqua potabile, che veniva trasportata con navi cisterna dalla terraferma, è oggi prodotta da impianti di dissalazione, i quali sono in grado di soddisfare l’intera domanda idrica, ma consumano grandi quantità di energia.

Negli ultimi anni sono stati proposti diversi studi per migliorare la sostenibilità ambientale ed economica di queste isole attraverso l’introduzione di fonti di energia rinnovabile (FER) abbinate a tecnologie di accumulo per produrre energia pulita a costi inferiori. L’approccio proposto consiste nel risolvere un problema di ottimizzazione per identificare la progettazione del sistema energetico a minor costo su un dato orizzonte di progetto. Tuttavia, anche se questo approccio porta a configurazioni di sistema sostenibili, di solito trascura il nesso tra il sistema energetico e quello idrico, impedendo di cogliere pienamente i benefici dell’introduzione delle FER in termini di flessibilità del sistema e penetrazione delle rinnovabili.

In questo lavoro, proponiamo un nuovo approccio dinamico e multi-obiettivo per identificare configurazioni di sistema efficienti. I principali contributi del nostro approccio includono:

(i) la modellazione dinamica del funzionamento degli impianti di dissalazione per esplorare gli impatti che l’introduzione di FER insieme a diverse strategie di gestione della domanda possono avere sul sistema elettrico e idrico,

(ii) ottimizzazione congiunta della progettazione del sistema e del suo funzionamento che consentono di affrontare direttamente l’interdipendenza tra pianificazione e gestione identificando automaticamente le politiche operative più efficienti associate a ciascuna configurazione ottimale del sistema,

(iii) ottimizzazione multi-obiettivo per esplorare compromessi tra obiettivi potenzialmente contrastanti, che includono, oltre ai costi, aspetti aggiuntivi legati alla penetrazione delle FER e all’efficienza del sistema idrico.

Il nostro approccio è stato testato sul caso di studio dell’isola italiana di Ustica attraverso un’analisi comparativa con un approccio tradizionale non dinamico. I risultati numerici mostrano l’efficacia del nostro approccio nell’individuare configurazioni di sistema ottimali, che superano le soluzioni ottenute con un approccio tradizionale rispetto a differenti indicatori di sostenibilità, limitando gli interventi strutturali, i costi di investimento e gli impatti ambientali. In particolare, le soluzioni dinamiche ottimali in grado di soddisfare l’intero fabbisogno idrico consentono di raggiungere elevati livelli di penetrazione delle fonti energetiche rinnovabili (fino a oltre il 40%), riducendo il costo attuale netto di circa 2-3 M€ e le emissioni di CO₂ di oltre 200 ton/anno.