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Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003

Costi ed impatto sul territorio dello sfruttamento della biomassa a scopi energetici:

un’analisi GIS based

Ing. L. Nibbi, ETA – Energie Rinnovabili


SommarioSommario

• GIS – Note Introduttive

• Filiera Energia-Biomassa

• Descrizione metodologia

• Implementazione algoritmo su base GIS

• Esempi

• Conclusioni


GGeographic IInformation SSystem

In Italiano

SSistema IInformativo TTerritoriale (SIT)(SIT)

Si definisce GISGIS un sistema informatico progettato in modo da permettere all’utente di raccogliere, gestire ed analizzare grandi quantità di dati georeferenziati, ivi compresi gli archivi associati

Nel senso più esteso del termine, si può definire GISGIS un qualunque sistema informativo integrato che includa componenti geografici

GIS - Note introduttiveGIS - Note introduttive


La filiera energia-biomassaLa filiera energia-biomassa•produzione ed approvvigionamento della biomassa;

•stoccaggio intermedio e finale;

•conversione della biomassa in biocombustibile solido o liquido;

•consegna della biomassa all'impianto;

•produzione dell'energia.

Filiera energia-biomassa (1)Filiera energia-biomassa (1)

Ogni segmento di tale filiera dipende in misura maggiore o minore dalla collocazione geografica del processo.E' ormai dimostrato che se ciascun comparto della filiera non è ottimizzato, il costo finale dell'energia prodotta dall'impianto può risultare non competitivo in confronto col combustibile tradizionale.


Per raggiungere una competitività della biomassa nel settore energetico,è indispensabile quindi un'analisi economica su larga scala che si avvalga anche di strumenti GISGIS per la stima dei costi di localizzazione.

Un approccio del genere consente di ottimizzare la collocazione geografica di ogni segmento della filiera, e la scelta della tipologia di biomassa idonea, valutando e possibilmente minimizzando l'effetto di ciascun fattore sul costo finale dell'energia prodotta.

Filiera energia-biomassa (2)Filiera energia-biomassa (2)


Metodologia (1)Metodologia (1)

Scopo dell’indagineScopo dell’indagineEseguire un'analisi di dettaglio sui singoli bacini di approvvigionamento con lo scopo di:

• calcolare il costo marginale della biomassa consegnata all'impianto;

• evidenziare il percorso stradale interessato dal trasporto della biomassa;

• quantificare e localizzare le emissioni correlate al trasporto della biomassa.


Area in esameArea in esame

selezionata in precedenzasulla base di un’analisi GIS; omogenea dal punto di vista agronomico o forestale.

Bacino di approvvigionamento

Nell’area esistono zone a vocazione industriale o centri di raccolta potenziali

Esiste una Esiste una produttività annua produttività annua di biomassa di biomassa sufficiente ad sufficiente ad alimentare un alimentare un impianto di impianto di conversione conversione energeticaenergetica



Localizzazioni potenzialiper l’installazione diun impianto diconversioneenergetica, unimpianto dipellettizzazioneoppure un centrodi raccolta.Le localizzazioni sonoil risultato di un’analisiterritoriale sulla base di vincolisulle caratteristiche dell’area interessata(area industriale, accessibilità etc.)

Localizzazioni potenzialiLocalizzazioni potenziali

Analisi dettagliata su di ogni singola localizzazione

potenziale

Per ciascunalocalizzazione

posso considerareun set di taglie

di impianto diverse,cui corrispondonodiversi quantitativi

di biomassa in ingresso

MW t/anno

Y X

2Y 1.95X

…. ….



Rete di trasportoRete di trasporto

L’area oggetto dianalisi è percorsada un network dinetwork ditrasportotrasportoal quale si collegala localizzazionepotenziale inesame



BiomassaBiomassa

Per l’area oggetto dianalisi conosco lalocalizzazione dellearee di produzionedella biomassa…

… e per ciascunazona di produzioneconosco un set diinformazioni circa la produttivitàed i costi ad essa correlati quali quelli dovuti ad esempio allaraccolta/esbosco della biomassa

produttività

costi di produzione

costi di raccolta

costi di esbosco

…..



BiomassaBiomassa

La localizzazione dellearee di produzionedella biomassa…

… mi consentono di individuare

i punti di accesso della biomassa alla

rete di trasporto

… e la mappa delnetwork dei trasporti…




Posso adesso considerare iltrasporto della biomassa daciascuna zona diproduzione alla localizzazionepotenziale in esame

Il collegamento avvieneattraverso il minimo percorsoche unisce i due punti, individuatoattraverso algoritmi di ottimizzazione (Dijkstra’sshortest path algorithm)

…sono quindi in grado di calcolare un set di

informazioni riferite al trasporto circa costi,

emissioni etc.

costo di trasporto

numero di viaggi

emissioni CO2

emissioni NOX

….



Proseguo nella raccoltadella biomassa allalocalizzazione potenziale.Per ogni stock dibiomassa possoconoscere ilcosto totale e le emissioni correlate al trasporto.

costi di produzione

costi di raccolta

costi di esbosco

…..

costo di trasporto

emissioni

….

costo totale della biomassa consegnata all’impianto

emissioni

…..



La biomassa viene raccolta in ordine crescente di costofino a che non siraggiunge ilquantitativo di materiale in gradodi soddisfare ilbisogno dell’impianto.Alcune produttività nonsaranno consideratepoiché….

…in alcuni casi un costo di

produzione troppo elevato inciderà

negativamente sul costo totale…

…in altri casi il costo di trasporto eccessivo

porterà all’esclusione della relativa produttività.



Ho quindi individuatole aree da cuiapprovvigionaredi biomassa la localizzazione potenziale

Ho inoltre indicazionicirca l’andamentodel costo della biomassaconsegnata all’impianto man mano che questa viene raccolta(curva di accumulazione relativa alla localizzazione ed alla taglia d’impianto prescelta)


Ho inoltre localizzatole strade interessatedal trafficoveicolare dovutoal trasporto dellabiomassa versola localizzazionepotenziale…


TIPO ton/anno/km

CO2 A

CO B

NOX C

HC D

… …..

numero di viaggi

…e le conseguenti emissionidei principali inquinanti inton annue per km cui sono sottoposte.


Implementazione (1)Implementazione (1)

Implementazione della MetodologiaImplementazione della MetodologiaE’ stato quindi realizzato un algoritmo su base GISGIS che ricalca la metodologia appena illustrata. Lo si è implementato nella forma di un eseguibile utilizzabile al di fuori di una qualsiasi specifica applicazione GIS

I dati GIS, sia in ingresso che in uscita dal programma, sono salvati in formati liberi standard, così da rendere possibile l'utilizzo del programma in combinazione con un qualsiasi ambiente software GIS.

Per ciascuna taglia di impianto considerata e per ciascuna localizzazione potenziale, si calcola il costo di produzione e di trasporto per approvvigionare l'impianto con la necessaria quantità di biomassa; si quantificano e localizzano inoltre le emissioni associate al trasporto.


Implementazione (2)Implementazione (2)

ambiente GISGIS

GIS GIS environment

INPUTINPUTFormati “Open”Formati “Open”Prodotto di Software Prodotto di Software GIS genericoGIS generico

OUTPUTOUTPUTFormati “Open”Formati “Open”

Analizzabili tramite Software GIS Analizzabili tramite Software GIS genericogenerico

Parameters

RasterMaps

Data

Maps

Algorithm

FO

RT

RA

N9

0


Esempio (1)Esempio (1)

Esempio di applicazioneEsempio di applicazioneSi mostra adesso l’applicazione della metodologia, tramite l’algoritmo di calcolo, ad un bacino di approvvigionamento ed i risultati del calcolo per un impianto di piccola taglia:

• costo marginale della biomassa consegnata all'impianto e curva di accumulazione;

• percorso stradale interessato dal trasporto della biomassa ed emissioni correlate;

• localizzazione delle aree di produzione di biomassa da cui l’impianto si rifornisce



Area sottoposta ad un’analisi approfondita

attraverso l’algoritmo di

calcolo su base GIS.

Area selezionata tramite

un’analisi effettuata su

base GIS.

Due localizzazioni potenziali per l’installazione

dell’impianto di conversione

sono selezionate

tramite un’analisi su

base territoriale.

Input – area analizzataInput – area analizzata


Si considera il recupero degli scarti delle potature

da frutteto, oliveto e vigneto.

Ad ogni pixel corrisponde una produttività, un costo di produzione/esbosco ed

un contenuto energetico

Input – risorsa biomassaInput – risorsa biomassa



La rete dei trasporti consente il calcolo dei

costi di trasporto e delle emissioni associate e la

loro localizzazione geografica

Input - rete di trasportoInput - rete di trasporto




Output – costo biomassaOutput – costo biomassa

Curva di accumulazioneImpianto 1MW



Output – percorsi, emissioni e biomassaOutput – percorsi, emissioni e biomassa

La mappa evidenzia i percorsi interessati dal

trasporto della biomassa, con emissioni correlate

(giallo->rosso).

Si individuano inoltre le aree da cui si

approvvigionerà l’impianto per la taglia in analisi

(1MW).


ConclusioniConclusioni

ConclusioniConclusioni•Se ciascun comparto della filiera biomassa-energia non è ottimizzato, il costo finale dell'energia prodotta dall'impianto rischia di non essere competitivo se confrontato col combustibile tradizionale.• Dal momento che ogni segmento della filiera dipende in varia misura dalla sua collocazione geografica, il raggiungimento di tale competitività passa per un'analisi economica su larga scala che si avvalga anche di strumenti GISGIS per la stima dei costi di localizzazione.• La stima, sempre condotta su base geografica, delle emissioni connesse al trasporto della biomassa aiuta inoltre a valutare quantitativamente i benefici effettivi del suo uso a scopi energetici.• La metodologia sviluppata è assolutamente indipendente dalla zona in esame, e può esser facilmente replicata ad altre aree, previa la raccolta di un set sufficiente di dati georeferenziati.

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