Il raggiungimento dei target imposti dalle istituzioni europee, dal 2020 al 2050, per aumentare la quota di generazione da fonte rinnovabile, aumentare l’efficienza energetica e diminuire la produzione di gas serra richiede di trasformare profondamente il sistema energetico europeo, in modo che esso divenga flessibile, decentralizzato, integrato, sostenibile, sicuro, competitivo, e economicamente vantaggioso, e che il cittadino consumatore sia posto al centro.

In questo quadro, l’effetto della sempre maggiore quota di generazione rinnovabile introdotta nel sistema elettrico pone gravi problemi di affidabilità e di adeguatezza. Tale fonte è intermittente nel senso che i generatori producono quando la fonte, il sole e il vento in particolare, è sufficientemente disponibile. Le possibili soluzioni al problema della discontinuità della produzione rinnovabile individuate fino ad oggi consistono nel taglio della produzione rinnovabile in eccesso, nell’accumulo dell’energia o nello sfruttamento della flessibilità messa a disposizione da altri sistemi al fine di compensare gli sbilanciamenti nel sistema elettrico. E’ stato riconosciuto che il sistema elettrico da solo avrà maggiori difficoltà ad affrontare le problematiche poste dalla trasformazione del sistema energetico. E’ importante integrare sempre di più i settori energetici come il riscaldamento, il raffrescamento, il gas e i trasporti con il sistema elettrico. Da questo punto di vista è interessante l’emergere di tecnologie a bassa emissione di CO2 (Low Carbon Technologies – LCTs), che includono in generale un gran numero di multi-energy systems (MESs). Queste nuove soluzioni includono l’installazione di co-generatori CHP (Combined Heat and Power), generatori fotovoltaici (Photovoltaic – PV) e pompe di calore elettriche (Electric Heat Pump – EHP). L’attività documentata in questo rapporto propone un’analisi del sistema energetico dal punto di vista dei MES, delle loro capacità e dei loro limiti nell’ottica di produrre servizi di flessibilità.

L’introduzione dei MES può portare particolari benefici poiché questi sistemi offrono cospicue quantità di flessibilità da accoppiare, in modo ottimizzato, tra i diversi vettori energetici (ad esempio, elettricità, calore e gas). In un sistema multi-energetico i vettori tradizionalmente indipendenti come l’elettricità, il gas, il calore e i trasporti diventano fisicamente e commercialmente integrati.

Preliminarmente si è verificato quali modelli di business per i MES possono essere la risposta alle richieste di flessibilità. Tale analisi è stata condotta dal punto di vista qualitativo non essendo disponibili strumenti in grado di supportare un’analisi tecnica ed economico qualitativa e quantitativa. L’attività descritta in questo documento ha quindi riguardato lo sviluppo di un algoritmo per valutare da un punto di vista stazionario il comportamento di una porzione di rete di distribuzione del gas, quando è alimentata dalla rete del gas principale e da impianti per la produzione di bio-metano da trattamento dei rifiuti (FORSU) connessi ad uno o più punti, oltre ai punti di prelievo di specifiche utenze (carichi residenziali, industriali, ecc.). L’attività ha anche riguardato l’analisi della capacità dei MES, intesi come microreti multi-energy, di offrire servizi alla rete elettrica. Infine, come ultimo elemento l’attività svolta offre una panoramica sugli strumenti e codici di calcolo per supportare la simulazione e l’ottimizzazione dei MES.

A questa attività è associata al progetto europeo H2020 Magnitude (n. 774309). L’obiettivo di MAGNITUDE è quello di identificare e rendere disponibile la flessibilità dei MES al fine di supportare il sistema elettrico. Gli studi RdS e Magnitude sono legati da comuni aspetti metodologici, ma sono completamente disaccoppiati dal punto di vista delle applicazioni. Infatti, per quanto riguarda le attività RdS il dominio applicativo riguarderà l’ambito gas-to-power, con particolare riferimento alla produzione di gas dai rifiuti e conseguente re-immissione nella rete gas di distribuzione, mentre MAGNITUDE studia principalmente applicazioni di heat-to-power, ovvero gli impianti di taglia industriale che producono grandi quantità di calore.