Analisi dell'impatto della tecnologia Power-to-Gas sull'esercizio di reti di distribuzione con elevata penetrazione di risorse rinnovabili = Analysis of impact of Power-to-Gas technology on distribution system operation with large penetration of renewable sources

Negli ultimi anni, il sistema elettrico verticalmente integrato (ove un'unica entità possedeva l'intera filiera elettrica, dalla produzione alla fornitura) è stato sostituito da un sistema liberalizzato, in cui diverse entità sono coinvolte nella gestione del sistema elettrico. In tale ambito, anche grazie ad una forte incentivazione le installazioni di fonti rinnovabili (come il fotovoltaico) sono cresciute, raggiungendo a fine 2017 il 18% del carico italiano. Poiché molti nuovi impianti rinnovabili sono stati collegati al sistema di distribuzione, esso è cambiato nel tempo, passando dall’essere sistema completamente passivo (ovvero con connessi soltanto utilizzatori di energia) all’essere sistema attivo (ovvero con utenti anche produttori, i cosiddetti prosumer). Forti penetrazioni di risorse rinnovabili distribuite provocano diversi problemi alle reti, come sovracorrenti nelle linee, profili di tensione non più adeguati ed una possibile inversione del flusso di potenza verso la rete di trasmissione (detto reverse power flow), con conseguente inadeguatezza delle attuali protezioni. In questa tesi si è studiato un metodo innovativo per la risoluzione di questi problemi basato sulla tecnologia power-to-gas (PtG), dedicata in particolare alla produzione di gas naturale sintetico (Synthetic Natural Gas, SNG). Questa tecnologia permette di assorbire energia elettrica dalla rete e convertirla in idrogeno tramite un elettrolizzatore, il quale è combinato con anidride carbonica tramite un processo di metanazione, producendo SNG. Per l’analisi del problema sono stati utilizzati tre diversi modelli di rete di distribuzione con caratteristiche diverse, rappresentanti in particolare condizioni rurali e semi-urbane. La realizzazione dei casi studio ha richiesto il posizionamento degli impianti fotovoltaici all’interno della rete. Tale posizionamento si è basato sostanzialmente su due differenti metodi: i) topologico (ovvero considerando la struttura di rete) e ii) di esercizio (sfruttando i fattori di allocazione delle perdite). Grazie ad essi, sono stati creati valutati diversi scenari, caratterizzati da diversi livelli di penetrazione. Il posizionamento e il dimensionamento degli impianti PtG è stato affidato ad un processo di ottimizzazione euristica (Simulated Annealing). I risultati ottenuti indicano un notevole miglioramento delle condizioni di rete, in particolar modo si sono riscontrate delle riduzioni del flusso di potenza inverso che vanno dal 67% a anche il 100% in termini energetici. Anche i problemi di sovracorrente e sovratensione vengono notevolmente ridotti e in alcuni casi sono stati completamente risolti. Questa tecnologia permette quindi di alleviare (ed addirittura, in taluni casi, estinguere) i problemi di rete dovuti all’alta penetrazione di fonti rinnovabili distribuite, aumentando di fatto la capacità del sistema elettrico di accettare un ulteriore incremento di fonti rinnovabili ed evitando di scollegare gli impianti di produzione dalla rete. L’uso della tecnologia PtG, inoltre, permette di sfruttare l’energia rinnovabile per la produzione di SNG che, immesso nella rete gas o stoccato in appositi depositi, è in grado di rispondere al bisogno di rendere sempre più sostenibile il nostro sistema energetico, garantendo anche al sistema gas la transizione verso un futuro maggiormente compatibile con gli impegni ambientali assunti a livello mondiale.