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rapporti - Deliverable

Impostazione di un sistema modellistico per la valutazione degli effetti della Generazione Distribuita sulla qualità dell’aria

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Impostazione di un sistema modellistico per la valutazione degli effetti della Generazione Distribuita sulla qualità dell’aria

La generazione distribuita è spesso individuata come una delle possibili strade da percorrere per un uso più efficiente delle fonti primarie e quale risposta alla crescita della domanda di energia. Per le sue proprietà la generazione distribuita è caratterizzata dalla presenza di numerosi piccoli impianti sparsi sul territorio nelle vicinanze degli utenti finali e, quindi, nelle vicinanze di recettori che possono risentire dei possibili impatti indotti dalla loro presenza. Il maggiore ricorso alla generazione distribuita richiede quindi una valutazione dei suoi possibili impatti sull’ambiente che sono diversificati a seconda della tecnologia utilizzata. In termini generali tutte le tecnologie di generazione distribuita che non prevedano combustioni (fotovoltaico, mini idro, mini eolico) danno luogo ad impatti di tipo locale, tipicamente legati al paesaggio, al rumore, all’utilizzo della risorsa idrica e del suolo. Diversamente le tecnologie basate su processi di combustione a causa delle conseguenti emissioni in atmosfera possono presentare effetti su 3 scale differenti: locale, regionale e globale. Tra le tecnologie di generazione distribuita basate su un processo di combustione la microcogenerazione, attraverso la produzione combinata di calore e energia elettrica, può contribuire in modo significativo alla riduzione del fabbisogno di fonti primarie e di conseguenza ridurre le emissioni degli inquinanti direttamente legati al consumo di un combustibile quali CO 2 e SO x . Tuttavia, una valutazione più esaustiva dei possibili effetti delle emissioni in atmosfera richiede una analisi più completa che prenda in considerazione tutti i potenziali inquinanti emessi e/o prodotti attraverso reazioni in atmosfera. Per queste motivazioni le attività svolte nel corso del 2007 sono state incentrate nella predisposizione di un adeguato sistema modellistico utilizzabile per valutare gli effetti sulla qualità dell’aria della generazione distribuita e nella definizione di uno scenario a scala regionale caratterizzato da una forte presenza di generazione distribuita. Il sistema modellistico per la valutazione degli scenari di generazione distribuita è stato definito partendo dalla esperienza maturata nel corso delle precedenti attività di RdS. Il sistema ha il suo cuore nel modello di chimica e trasporto degli inquinanti CAMx ed in una serie di altri modelli/pre-post processori necessari a costruire gli input ed elaborarne gli output. Se in linea generale la configurazione del sistema modellistico risulta abbastanza ben definita ed è già stata applicata in precedenti studi, nel dettaglio il sistema presenta due significative innovazioni rispetto agli schemi utilizzati in passato: • l’utilizzo del modello SMOKE per la preparazione dell’input emissivo • l’utilizzo del modello WRF per la costruzione dei campi meteorologici Il modello delle emissioni SMOKE (UNC, 2007) è stato sviluppato ed è distribuito gratuitamente dalla University of North Carolina che ne cura anche l’aggiornamento, per conto dell’agenzia ambientale degli USA (EPA). Il modello consente di passare da un inventario delle emissioni all’input richiesto dal modello CAMx, previa però la sua configurazione per la gestione degli inventari delle emissioni secondo gli standard europei. Il codice WRF (Weather Research and Forecast) è un modello meteorologico di tipo prognostico adatto ad applicazioni su scale spaziali che variano da pochi metri fino a migliaia di chilometri. Il modello è sviluppato e aggiornato da un team di gruppi di ricerca coordinati dalla sezione di meteorologia di mesoscala e microscala (MMM) del National Centre for Atmospheric Reasearch (NCAR, Colorado). WRF costituisce una delle più recenti ed avanzate espressioni della modellistica meteorologica. Per quanto riguarda la definizione dello scenario caratterizzato dalla forte presenza di generazione distribuita (GD) il punto di partenza del lavoro è stata l’analisi critica dei documenti di letteratura, sia nel campo della generazione distribuita, sia per quello che riguarda i possibili riferimenti “istituzionali” di eventuali scenari. Il principale documento di riferimento analizzato per la definizione dello scenario di generazione distribuita è costituito da Benini et al. (2006), che valuta i costi ed i benefici che ci si possono attendere da uno sviluppo significativo della microcogenerazione (di energia elettrica e calore) distribuita attraverso l’utilizzo del

modello integrato MATISSE. Lo scenario sviluppato con il modello ipotizza una crescita significativa della microcogenerazione nel settore residenziale basata su motori a combustione interna alimentati a gas naturale. Per la localizzazione di massima degli impianti sul territorio sono stati elaborati una serie di dati statistici ISTAT relativi alla popolazione e alle abitazioni unitamente ad informazioni sull’uso del suolo. La metodologia adottata per la localizzazione degli impianti di microcogenerazione sul territorio si è basata sull’ipotesi che sia richiesta una forte domanda di energia concentrata per unità di superficie per giustificare l’installazione di un impianto. I risultati sin qui conseguiti hanno consentito di delineare le linee di sviluppo della ricerca che verrà condotta nel terzo ed ultimo anno di attività e che sarà finalizzata all’effettiva applicazione del sistema modellistico per la valutazione dello scenario di generazione distribuita. In particolare, l’attività prevista verterà sui seguenti aspetti: • Completamento della fase di test del modello WRF ed individuazione della configurazione ottimale di simulazione • Ricostruzione di un intero anno meteorologico, attraverso il modello WRF, da utilizzare per la valutazione dello scenario di penetrazione della generazione distribuita. • Definizione ed inserimento in SMOKE dei profili di speciazione di NMVOC e particolato • Eventuale aggiornamento della base dati emissiva presente in SMOKE • Caratterizzazione degli impianti di microcogenerazione dal punto di vista emissivo (altezza e diametro camini, concentrazione degli inquinanti nei fumi, …) e della loro modulazione temporale • Simulazione degli scenari emissivi attraverso l’applicazione del modello di chimica e trasporto CAMx

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