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slide 1Workshop – 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
slide 2Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003
SommarioSommario
• GIS – Note Introduttive
• Filiera Energia-Biomassa
• Descrizione metodologia
• Implementazione algoritmo su base GIS
• Esempi
• Conclusioni
slide 3Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003
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
slide 4Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003
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.
slide 5Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003
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)
slide 6Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003
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.
slide 7Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003
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
Metodologia (2)Metodologia (2)
slide 8Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003
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
…. ….
Metodologia (3)Metodologia (3)
slide 9Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003
Rete di trasportoRete di trasporto
L’area oggetto dianalisi è percorsada un network dinetwork ditrasportotrasportoal quale si collegala localizzazionepotenziale inesame
Metodologia (4)Metodologia (4)
slide 10Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003
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
…..
Metodologia (5)Metodologia (5)
slide 11Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003
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…
Metodologia (6)Metodologia (6)
slide 12Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003
Metodologia (7)Metodologia (7)
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
….
slide 13Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003
Metodologia (8)Metodologia (8)
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
…..
slide 14Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003
Metodologia (9)Metodologia (9)
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.
slide 15Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003
Metodologia (10)Metodologia (10)
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)
slide 16Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003
Ho inoltre localizzatole strade interessatedal trafficoveicolare dovutoal trasporto dellabiomassa versola localizzazionepotenziale…
Metodologia (11)Metodologia (11)
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.
slide 17Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003
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.
slide 18Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003
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
slide 19Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003
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
slide 20Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003
Esempio (2)Esempio (2)
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
slide 21Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003
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
Esempio (3)Esempio (3)
slide 22Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003
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
Esempio (4)Esempio (4)
slide 23Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003
Esempio (5)Esempio (5)
Output – costo biomassaOutput – costo biomassa
Curva di accumulazioneImpianto 1MW
slide 24Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003
Esempio (6)Esempio (6)
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).
slide 25Workshop – 29 Settembre 2003Workshop – 29 Settembre 2003
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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